news 2026/5/26 7:56:55

江科大STM32笔记-SPI

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张小明

前端开发工程师

1.2k 24
文章封面图
江科大STM32笔记-SPI
概念
  • SPI（Serial Peripheral Interface）是由Motorola公司开发的一种通用数据总线
  • 四根通信线：
    • SCK（Serial Clock）:时钟线
    • MOSI（Master Output Slave Input）：主机输出、从机输入，是主机发送信号的线
    • MISO（Master Input Slave Output）：从机输出、主机输入，是主机接收信号的线
    • SS（Slave Select）：给每个从机都开辟一条SS，给低电平表示要与你通信
  • 同步，全双工
  • 支持总线挂载多设备（一主多从）

推挽输出，所以最大速率更大

原理实现：基于移位寄存器：

  1. 原始状态

  1. 时钟上升沿来了，进行移位，移出去的位放在通信线上

  1. 下降沿到了，两边对通信线进行采样，输入到各自的最低位

时序逻辑

在外设从机通常有定义一个指令集，主机发送指令码来对从机进行操作：

W25Q64简介

块-扇区-页

先把写入的数据放在页缓冲区（RAM），再有RAM慢慢写到Flash里面

SPI硬件外设
  • STM32内部集成了硬件SPI收发电路，可以由硬件自动执行时钟生成、数据收发等功能，减轻CPU的负担
  • 可配置8位/16位数据帧、高位先行/低位先行
  • 时钟频率： fPCLK / (2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256)
  • 支持多主机模型、主或从操作
  • 可精简为半双工/单工通信
  • 支持DMA
  • 兼容I2S协议
  • STM32F103C8T6 硬件SPI资源：SPI1、SPI2

LSBFIRST：控制高位先行还是地位先行

RDR：存接收到的值

TDR：存要发送的值

TXE：标志位，表示TDR为空，一般就是TDR的值已经放入移位寄存器了

RXNE：标志位，表示RDR非空，一般就是表示把移位寄存器接收到的值已经放入RDR了，这时应该尽快读走RDR

分四步：

  1. 等待TXE为1
  2. 写入发送的数据至TDR
  3. 等待RXNE为1（即等待发送和接收完成）
  4. 读取RDR接收的数据
代码
  1. 软件SPI
void SPI_Software_Init(void) //软件SPI初始化 { //1. GPIOA时钟使能 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //2. GPIOA配置 PA4-SS PA5-SCK PA6-MISO PA7-MOSI GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7; //PA4,PA5,PA7 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度50MHz GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; //PA6 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉输入 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //3. 初始化引脚状态 Software_SPI_W_SS(1); //SS拉高 Software_SPI_W_SCK(0); //SCK拉低 }
void Software_SPI_W_SS(uint8_t BitValue) //对SS引脚进行电平控制 { GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue); //PA4-SS } void Software_SPI_W_SCK(uint8_t BitValue) //对SCK引脚进行电平控制 { GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue); //PA5-SCK } void Software_SPI_W_MOSI(uint8_t BitValue) //对MOSI引脚进行电平控制 { GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue); //PA7-MOSI } uint8_t Software_SPI_R_MISO(void) //读取MISO引脚电平状态 { return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6); //PA6-MISO }
void Software_SPI_Start(void) //启动SPI传输 { Software_SPI_W_SS(0); //拉低SS，启动SPI传输 } void Software_SPI_Stop(void) //停止SPI传输 { Software_SPI_W_SS(1); //拉高SS，停止SPI传输 } //使用模式0，CPOL=0，CPHA=0 uint8_t Software_SPI_SwapByte(uint8_t ByteSend) //软件SPI发送并接收一个字节数据，ByteSend：表示移位寄存器的值 { uint8_t i; for(i = 0;i<8;i++) { Software_SPI_W_MOSI(ByteSend & 0x80); //发送数据，高位先行 ByteSend <<= 1; //数据左移一位，准备发送下一位 Software_SPI_W_SCK(1); //拉高时钟,产生上升沿 if(Software_SPI_R_MISO()) //读取MISO引脚状态 { ByteSend |= 0x01; //接收数据，最低位置1 } Software_SPI_W_SCK(0); //拉低时钟，准备下一位 } return ByteSend; //返回接收到的数据 }
//初始化W25Q64芯片 void Software_W25Q64_Init(void) { //初始化软件SPI SPI_Software_Init(); } //读取W25Q64芯片ID，MID：制造商ID指针，DID：设备ID指针 void Software_W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID) { Software_SPI_Start(); //启动SPI传输 Software_SPI_SwapByte(W25Q64_JEDEC_ID); //发送读取ID命令 *MID = Software_SPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //读取制造商ID *DID = Software_SPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE)<<8; //读取设备ID高8位 *DID |= Software_SPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //读取设备ID低8位 Software_SPI_Stop(); //停止SPI传输 } //写使能 void Software_W25Q64_WriteEnable(void) / { Software_SPI_Start(); //启动SPI传输 Software_SPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE); //发送写使能命令 Software_SPI_Stop(); //停止SPI传输 } //等待W25Q64芯片忙标志位清除 void Software_W25Q64_WaitBusy(void) { uint32_t Timeout = 100000; uint8_t Status = 0; Software_SPI_Start(); //启动SPI传输 Software_SPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1); //发送读取状态寄存器1命令 do { Status = Software_SPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //读取状态寄存器1的值 Timeout--; if(Timeout == 0) break; //超时退出 }while(Status & 0x01); //等待忙标志位清除 Software_SPI_Stop(); //停止SPI传输 } //页编程，Address：目标地址，DataArray：数据数组指针，Length：数据长度，最大256字节 void Software_W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Length) { Software_W25Q64_WriteEnable(); //写使能 Software_SPI_Start(); //启动SPI传输 Software_SPI_SwapByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM); //发送页编程命令 Software_SPI_SwapByte((Address >> 16) & 0xFF); //发送地址高8位 Software_SPI_SwapByte((Address >> 8) & 0xFF); //发送地址中8位 Software_SPI_SwapByte(Address & 0xFF); //发送地址低8位 for(uint16_t i=0; i<Length; i++) { Software_SPI_SwapByte(DataArray[i]); //发送数据 } Software_SPI_Stop(); //停止SPI传输 Software_W25Q64_WaitBusy(); //事后等待写入完成 } //扇区擦除，Address：目标地址 void Software_W25Q64_SectorErase(uint32_t Address) { Software_W25Q64_WriteEnable(); //写使能 Software_SPI_Start(); //启动SPI传输 Software_SPI_SwapByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB); //发送扇区擦除命令 Software_SPI_SwapByte((Address >> 16) & 0xFF); //发送地址高8位 Software_SPI_SwapByte((Address >> 8) & 0xFF); //发送地址中8位 Software_SPI_SwapByte(Address & 0xFF); //发送地址低8位 Software_SPI_Stop(); //停止SPI传输 Software_W25Q64_WaitBusy(); //事后等待擦除完成 } //读取数据，Address：目标地址，DataArray：数据数组指针，Length：数据长度 void Software_W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Length) { Software_SPI_Start(); //启动SPI传输 Software_SPI_SwapByte(W25Q64_READ_DATA); //发送读取数据命令 Software_SPI_SwapByte((Address >> 16) & 0xFF); //发送地址高8位 Software_SPI_SwapByte((Address >> 8) & 0xFF); //发送地址中8位 Software_SPI_SwapByte(Address & 0xFF); //发送地址低8位 for(uint32_t i=0; i<Length; i++) { DataArray[i] = Software_SPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //读取数据 } Software_SPI_Stop(); //停止SPI传输 }
  1. 硬件SPI
void Hardware_SPI_Init(void) //硬件SPI初始化 { //1. SPI1和GPIOA时钟使能 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //2. GPIOA配置 PA4-SS PA5-SPI1_SCK PA6-SPI1_MISO PA7-SPI1_MOSI GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度50MHz GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7; //PA5,PA7 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度50MHz GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; //PA6 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉输入 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //3. SPI1配置 SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //主模式 SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //双线全双工 SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //8位数据帧格式 SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //高位先行 SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_128; //波特率预分频128 //SPI模式 SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; //时钟悬空低 SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; //第1个时钟沿捕获数据 SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS软件管理 SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值7 SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure); //4. 使能SPI1 SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //5. 初始化引脚状态 Hardware_SPI_W_SS(1); //SS拉高 }
void Hardware_SPI_W_SS(uint8_t BitValue) //对SS引脚进行电平控制 { GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue); //PA4-SS }
void Hardware_SPI_Start(void) //启动SPI传输 { Hardware_SPI_W_SS(0); //拉低SS，启动SPI传输 } void Hardware_SPI_Stop(void) //停止SPI传输 { Hardware_SPI_W_SS(1); //拉高SS，停止SPI传输 } //使用模式0，CPOL=0，CPHA=0 uint8_t Hardware_SPI_SwapByte(uint8_t ByteSend) //硬件SPI发送并接收一个字节数据，ByteSend：表示移位寄存器的值 { //1.等待发送缓冲区空，即TXE变1 while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET); //2.发送数据,将数据写入发送缓冲区TDR SPI_I2S_SendData(SPI1, ByteSend); //发送数据 //3.等待接收缓冲区非空，即RXNE变1 while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET); //4.读取接收到的数据 return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); //返回接收到的数据 }
//初始化W25Q64芯片 void Hardware_W25Q64_Init(void) { //初始化硬件SPI Hardware_SPI_Init(); } //读取W25Q64芯片ID，MID：制造商ID指针，DID：设备ID指针 void Hardware_W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID) { Hardware_SPI_Start(); //启动SPI传输 Hardware_SPI_SwapByte(W25Q64_JEDEC_ID); //发送读取ID命令 *MID = Hardware_SPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //读取制造商ID *DID = Hardware_SPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE)<<8; //读取设备ID高8位 *DID |= Hardware_SPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //读取设备ID低8位 Hardware_SPI_Stop(); //停止SPI传输 } //写使能 void Hardware_W25Q64_WriteEnable(void) { Hardware_SPI_Start(); //启动SPI传输 Hardware_SPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE); //发送写使能命令 Hardware_SPI_Stop(); //停止SPI传输 } //等待W25Q64芯片忙标志位清除 void Hardware_W25Q64_WaitBusy(void) { uint32_t Timeout = 100000; uint8_t Status = 0; Hardware_SPI_Start(); //启动SPI传输 Hardware_SPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1); //发送读取状态寄存器1命令 do { Status = Hardware_SPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //读取状态寄存器1的值 Timeout--; if(Timeout == 0) break; //超时退出 }while(Status & 0x01); //等待忙标志位清除 Hardware_SPI_Stop(); //停止SPI传输 } //页编程，Address：目标地址，DataArray：数据数组指针，Length：数据长度，最大256字节 void Hardware_W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Length) { Hardware_W25Q64_WriteEnable(); //写使能 Hardware_SPI_Start(); //启动SPI传输 Hardware_SPI_SwapByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM); //发送页编程命令 Hardware_SPI_SwapByte((Address >> 16) & 0xFF); //发送地址高8位 Hardware_SPI_SwapByte((Address >> 8) & 0xFF); //发送地址中8位 Hardware_SPI_SwapByte(Address & 0xFF); //发送地址低8位 for(uint16_t i=0; i<Length; i++) { Hardware_SPI_SwapByte(DataArray[i]); //发送数据 } Hardware_SPI_Stop(); //停止SPI传输 Hardware_W25Q64_WaitBusy(); //事后等待写入完成 } //扇区擦除，Address：目标地址 void Hardware_W25Q64_SectorErase(uint32_t Address) { Hardware_W25Q64_WriteEnable(); //写使能 Hardware_SPI_Start(); //启动SPI传输 Hardware_SPI_SwapByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB); //发送扇区擦除命令 Hardware_SPI_SwapByte((Address >> 16) & 0xFF); //发送地址高8位 Hardware_SPI_SwapByte((Address >> 8) & 0xFF); //发送地址中8位 Hardware_SPI_SwapByte(Address & 0xFF); //发送地址低8位 Hardware_SPI_Stop(); //停止SPI传输 Hardware_W25Q64_WaitBusy(); //事后等待擦除完成 } //读取数据，Address：目标地址，DataArray：数据数组指针，Length：数据长度 void Hardware_W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Length) { Hardware_SPI_Start(); //启动SPI传输 Hardware_SPI_SwapByte(W25Q64_READ_DATA); //发送读取数据命令 Hardware_SPI_SwapByte((Address >> 16) & 0xFF); //发送地址高8位 Hardware_SPI_SwapByte((Address >> 8) & 0xFF); //发送地址中8位 Hardware_SPI_SwapByte(Address & 0xFF); //发送地址低8位 for(uint32_t i=0; i<Length; i++) { DataArray[i] = Hardware_SPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //读取数据 } Hardware_SPI_Stop(); //停止SPI传输 }
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