STM32F407的SPI通信应用及代码实现
STM32F407作为ST公司推出的高性能MCU，广泛应用于嵌入式系统的开发。它集成了丰富的外设接口，其中SPI（Serial Peripheral Interface）作为一种常见的高速串行通信协议，广泛应用于与传感器、存储设备等外设的通信。本文将详细介绍STM32F407的SPI通信功能及其代码实现。
实现功能本文将以SPI通信为例，实现STM32F407与外部SPI设备的通信，通过SPI接口向设备发送数据并接收返回的数据。本文的硬件连接以STM32F407与SPI Flash存储芯片W25Q64为例，演示如何与存储器进行数据读写。
硬件连接
[*]STM32F407 MCU
[*]W25Q64 SPI Flash存储芯片
[*]SPI接口线：MISO、MOSI、SCK、CS
SPI的四根信号线分别与STM32的SPI引脚连接，CS作为片选信号，由GPIO控制。
软件开发环境
[*]开发工具：Keil uVision 5
[*]编程语言：C语言
[*]固件库：STM32 HAL库
代码实现#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "spi.h"
#include "gpio.h"
// W25Q64 指令定义
#define WRITE_ENABLE0x06
#define READ_DATA 0x03
#define WRITE_DATA 0x02
#define SECTOR_ERASE0x20
#define W25Q64_CS_LOW() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET)
#define W25Q64_CS_HIGH()HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET)
// SPI发送一字节数据
void SPI_SendByte(uint8_t data)
{
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &data, 1, HAL_MAX_DELAY);
}
// SPI接收一字节数据
uint8_t SPI_ReceiveByte(void)
{
uint8_t data;
HAL_SPI_Receive(&hspi1, &data, 1, HAL_MAX_DELAY);
return data;
}
// 写使能
void W25Q64_WriteEnable(void)
{
W25Q64_CS_LOW();
SPI_SendByte(WRITE_ENABLE);
W25Q64_CS_HIGH();
}
// 读取数据
void W25Q64_ReadData(uint32_t addr, uint8_t* buffer, uint16_t len)
{
W25Q64_CS_LOW();
SPI_SendByte(READ_DATA);
SPI_SendByte((addr >> 16) & 0xFF);
SPI_SendByte((addr >> 8) & 0xFF);
SPI_SendByte(addr & 0xFF);
HAL_SPI_Receive(&hspi1, buffer, len, HAL_MAX_DELAY);
W25Q64_CS_HIGH();
}
// 写数据
void W25Q64_WriteData(uint32_t addr, uint8_t* buffer, uint16_t len)
{
W25Q64_WriteEnable();
W25Q64_CS_LOW();
SPI_SendByte(WRITE_DATA);
SPI_SendByte((addr >> 16) & 0xFF);
SPI_SendByte((addr >> 8) & 0xFF);
SPI_SendByte(addr & 0xFF);
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buffer, len, HAL_MAX_DELAY);
W25Q64_CS_HIGH();
}
void MX_SPI1_Init(void)
{
hspi1.Instance = SPI1;
hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16;
hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;
if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
// 使能GPIO时钟
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
// 配置CS引脚
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
// 片选置高
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
}
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_SPI1_Init();
uint8_t data_to_write[] = {0x12, 0x34, 0x56, 0x78};
uint8_t data_to_read;
// 写入数据到Flash存储器
W25Q64_WriteData(0x000000, data_to_write, sizeof(data_to_write));
// 读取数据
W25Q64_ReadData(0x000000, data_to_read, sizeof(data_to_read));
while (1)
{
// 可以在此处检查读取的数据
}
}
代码说明
[*]SPI通信配置：代码通过HAL_SPI_Init配置SPI通信的模式、时钟频率等参数。在通信时，通过HAL_SPI_Transmit和HAL_SPI_Receive分别实现数据的发送和接收。
[*]Flash读写操作：通过W25Q64的读写指令，与存储器进行数据交互。写入数据前需调用W25Q64_WriteEnable函数启用写操作，数据读写以字节为单位。
[*]GPIO控制：CS（片选）引脚通过GPIO控制，用于指示当前的SPI操作。在每次操作前，将CS拉低，操作结束后将其拉高。
功能扩展
[*]数据校验：在写入数据后，可以实现CRC校验，确保数据的完整性。
[*]多设备通信：SPI总线上可以挂载多个设备，只需为每个设备分配独立的CS引脚。
[*]高速传输：可以调整SPI的波特率设置，实现更高速的数据传输，适用于大数据量的存储场景。
[*]深度睡眠模式：STM32支持低功耗模式，可以在空闲时进入睡眠模式，进一步降低功耗。
总结STM32F407凭借其高性能和丰富的外设接口，特别是SPI接口，能够轻松与各种外部设备进行通信。本次例程通过SPI与W25Q64 Flash存储芯片的通信实现了数据的读写操作，展示了STM32的强大功能。开发者可以在此基础上，进一步扩展应用至多设备通信、数据校验等高级功能。
这个SPI的例程正好解决了我项目中和存储器通信的问题，感谢分享！ 看了你的代码，我明白了CS引脚怎么用，之前一直搞不清楚。 请问SPI的时钟频率如果设置太高，会不会影响通信稳定性？ STM32F407的硬件资源真的丰富，用来做存储器管理很适合。 我现在正尝试用STM32控制多个SPI设备，这个例子给了我很多启发。 想问下，如果在读写数据时中断了通信，应该如何处理这种异常情况？ HAL库的SPI接口确实方便，用起来比裸机写寄存器要省心很多。 能不能分享下如何给SPI传输加个CRC校验，确保数据的完整性？ W25Q64的容量挺大的，这个例子写的代码可以用在其他更大的Flash上吗？ 这个读写速度快吗
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