 第三十章 SPI 实验
1.硬件平台：正点原子探索者STM32F407开发板2.软件平台：MDK5.13.固件库版本：V1.4.0
实验25 SPI实验.zip
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本章我们将向大家介绍STM32F4的SPI功能。在本章中，我们将使用STM32F4自带的SPI来实现对外部FLASH（W25Q128）的读写，并将结果显示在TFTLCD模块上。本章分为如下几个部分： 30.1 SPI 简介 30.2 硬件设计 30.3 软件设计 30.4 下载验证 30.1 SPI 简介SPI 是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，STM32F4也有SPI接口。下面我们看看SPI的内部简明图（图30.1.1）： 
图30.1.1 SPI内部结构简明图
SPI接口一般使用4条线通信： MISO 主设备数据输入，从设备数据输出。 MOSI 主设备数据输出，从设备数据输入。 SCLK时钟信号，由主设备产生。 CS从设备片选信号，由主设备控制。 从图中可以看出，主机和从机都有一个串行移位寄存器，主机通过向它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。寄存器通过MOSI信号线将字节传送给从机，从机也将自己的移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机。这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。 SPI主要特点有：可以同时发出和接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。 SPI总线四种工作方式 SPI 模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。如果 CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相位（CPHA）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样。SPI主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性应该一致。 不同时钟相位下的总线数据传输时序如图30.1.2所示： 图30.1.2 不同时钟相位下的总线传输时序（CPHA=0/1） STM32F4的SPI功能很强大，SPI时钟最高可以到37.5Mhz，支持DMA，可以配置为SPI协议或者I2S协议（支持全双工I2S）。 本章，我们将使用STM32F4的SPI来读取外部SPI FLASH芯片（W25Q128），实现类似上节的功能。这里对SPI我们只简单介绍一下SPI的使用，STM32F4的SPI详细介绍请参考《STM32F4xx中文参考手册》第721页，27节。然后我们再介绍下SPI FLASH芯片。 这节，我们使用STM32F4的SPI1的主模式，下面就来看看SPI1部分的设置步骤吧。SPI相关的库函数和定义分布在文件stm32f4xx_spi.c以及头文件stm32f4xx_spi.h中。STM32的主模式配置步骤如下： 1）配置相关引脚的复用功能，使能SPI1时钟。 我们要用SPI1，第一步就要使能SPI1的时钟，SPI1的时钟通过APB2ENR的第12位来设置。其次要设置SPI1的相关引脚为复用(AF5)输出，这样才会连接到SPI1上。这里我们使用的是PB3、4、5这3个（SCK.、MISO、MOSI，CS使用软件管理方式），所以设置这三个为复用IO，复用功能为AF5。 使能SPI1时钟的方法为： RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);//使能SPI1时钟 复用PB3,PB4,PB5为SPI1引脚的方法为： GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_SPI1); //PB3复用为 SPI1 GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource4,GPIO_AF_SPI1); //PB4复用为 SPI1 GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1); //PB5复用为 SPI1 同时我们要设置相应的引脚模式为复用功能模式： GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能 2）初始化SPI1,设置SPI1工作模式等。 这一步全部是通过SPI1_CR1来设置，我们设置SPI1为主机模式，设置数据格式为8位，然后通过CPOL和CPHA位来设置SCK时钟极性及采样方式。并设置SPI1的时钟频率（最大37.5Mhz），以及数据的格式（MSB在前还是LSB在前）。在库函数中初始化SPI的函数为： void SPI_Init(SPI_TypeDef* SPIx, SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct); 跟其他外设初始化一样，第一个参数是SPI标号，这里我们是使用的SPI1。下面我们来看看第二个参数结构体类型SPI_InitTypeDef的定义： typedef struct { uint16_t SPI_Direction; uint16_t SPI_Mode; uint16_t SPI_DataSize; uint16_t SPI_CPOL; uint16_t SPI_CPHA; uint16_t SPI_NSS; uint16_t SPI_BaudRatePrescaler; uint16_t SPI_FirstBit; uint16_t SPI_CRCPolynomial; }SPI_InitTypeDef; 结构体成员变量比较多，接下来我们简单讲解一下： 第一个参数SPI_Direction是用来设置SPI的通信方式，可以选择为半双工，全双工，以及串行发和串行收方式，这里我们选择全双工模式SPI_Direction_2Lines_FullDuplex。 第二个参数SPI_Mode用来设置SPI的主从模式，这里我们设置为主机模式SPI_Mode_Master，当然有需要你也可以选择为从机模式SPI_Mode_Slave。 第三个参数SPI_DataSiz为8位还是16位帧格式选择项，这里我们是8位传输，选择SPI_DataSize_8b。 第四个参数SPI_CPOL用来设置时钟极性，我们设置串行同步时钟的空闲状态为高电平所以我们选择SPI_CPOL_High。 第五个参数SPI_CPHA用来设置时钟相位，也就是选择在串行同步时钟的第几个跳变沿（上升或下降）数据被采样，可以为第一个或者第二个条边沿采集，这里我们选择第二个跳变沿，所以选择SPI_CPHA_2Edge 第六个参数SPI_NSS设置NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件控制，这里我们通过软件控制NSS关键，而不是硬件自动控制，所以选择SPI_NSS_Soft。 第七个参数SPI_BaudRatePrescaler很关键，就是设置SPI波特率预分频值也就是决定SPI的时钟的参数，从2分频到256分频8个可选值，初始化的时候我们选择256分频值SPI_BaudRatePrescaler_256, 传输速度为84M/256=328.125KHz。 第八个参数SPI_FirstBit设置数据传输顺序是MSB位在前还是LSB位在前，，这里我们选择SPI_FirstBit_MSB高位在前。 第九个参数SPI_CRCPolynomial是用来设置CRC校验多项式，提高通信可靠性，大于1即可。 设置好上面9个参数，我们就可以初始化SPI外设了。初始化的范例格式为： SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //双线双向全双工 SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //主SPI SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; // SPI发送接收8位帧结构 SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;//串行同步时钟的空闲状态为高电平 SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;//第二个跳变沿数据被采样 SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS信号由软件控制 SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //预分频256 SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //数据传输从MSB位开始 SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值计算的多项式 SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); //根据指定的参数初始化外设SPIx寄存器 3）使能SPI1。 这一步通过SPI1_CR1的bit6来设置，以启动SPI1，在启动之后，我们就可以开始SPI通讯了。库函数使能SPI1的方法为： SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI1外设 4）SPI传输数据 通信接口当然需要有发送数据和接受数据的函数，固件库提供的发送数据函数原型为： void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data)； 这个函数很好理解，往SPIx数据寄存器写入数据 Data，从而实现发送。 固件库提供的接受数据函数原型为： uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx) ； 这个函数也不难理解，从SPIx数据寄存器读出接受到的数据。 5）查看SPI传输状态 在SPI传输过程中，我们经常要判断数据是否传输完成，发送区是否为空等等状态，这是通过函数SPI_I2S_GetFlagStatus实现的，这个函数很简单就不详细讲解，判断发送是否完成的方法是： SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE)； SPI1的使用就介绍到这里，接下来介绍一下W25Q128。W25Q128是华邦公司推出的大容量SPI FLASH产品，W25Q128的容量为128Mb，该系列还有W25Q80/16/32/64等。ALIENTEK所选择的W25Q128容量为128Mb，也就是16M字节。 W25Q128将16M的容量分为256个块（Block），每个块大小为64K字节，每个块又分为16个扇区（Sector），每个扇区4K个字节。W25Q128的最小擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除4K个字节。这样我们需要给W25Q128开辟一个至少4K的缓存区，这样对SRAM要求比较高，要求芯片必须有4K以上SRAM才能很好的操作。 W25Q128的擦写周期多达10W次，具有20年的数据保存期限，支持电压为2.7~3.6V，W25Q128支持标准的SPI，还支持双输出/四输出的SPI，最大SPI时钟可以到80Mhz（双输出时相当于160Mhz，四输出时相当于320M），更多的W25Q128的介绍，请参考W25Q128的DATASHEET。
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楼主
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楼主用这么高版本的MDK了；
