stm32 ---spi 总结

一、概述
1.SPI通讯总线介绍
2.STM32F40xSPI模块介绍
3.STM32F40xSPI模块相关寄存器
4.W25Q64 Flah存储芯片介绍

二、讲解
1.SPI通讯总线介绍
1）SPI通讯协议概述
SPI是由MOTOROLA公司研发的串行外围通讯设备接口，是一种高速的、全双工、同步的通讯总线。
2）SPI通讯接口
SPIO通讯接口分为：五线制和四线制
①五线制：
a）MOSI：也称为DO，作为主器件的时候为数据输出，作为从器件的时候为数据输入。
b）MISO：也称为DI，作为主器件的时候为数据输入，作为从器件的时候为数据输出。
c）SCLK：时钟信号线。由主器件产生。
d）NSS：也称为CS，从器件使能信号。由主器件控制。
e）GND：公共地线
②四线制：
a）MOSI：双向数据线（可收可发）
b）SCLK：时钟信号线。由主器件产生。
c）NSS：也称为CS，从器件使能信号。由主器件控制。
d）GND：公共地线
3）SPI通讯物理连接
4）SPI通讯原理
①NSS控制从器件是否被选中，也就是说当只有片选信号为预先规定的使能信号（高电平或者低电平）时，对从器件的操作才算有效。
②主器件在SCLK时钟线上提供时钟脉冲，MOSI或MISO则基于这个脉冲信号完成数据的传输。
③数据通过MOSI线，在时钟的上升沿或者下降沿改变数据，在紧接着的下降沿或者上升沿被读取。SPI通讯协议规定传输的数据为8位，传输顺序是高位在前，低位在后。
④SPI总线是一个数据交换协议，主机给从机发送一个位的数据，从机必定会返回一个位的数据给主机。也就是说，主机想读取从机的数据，需要先发一个位的数据给从机，从机才会回发一个位的数据给主机。
5）SPI总线数据传输方式
SPI一共有四种传输方式，四种方式的主要区别是总线空闲时SCLK的时钟状态以及数据采样的时刻（上升沿、下降沿、前沿或者后沿）
SPI模式    时钟极性(CPOL)   时钟相位(CPHA)     时钟空闲状态    数据采集时刻
      0                     0                             0                                低电平      时钟的奇数边缘采集
      1                     0                             1                                低电平      时钟的偶数边缘采集
      2                     1                             0                                高电平      时钟的奇数边缘采集
      3                     1                             1                                高电平      时钟的偶数边缘采集
①时钟相位（CPHA）：决定了数据线上第1个数据的采集时刻。
a）CPHA = 0：MOSI或MISO数据线上的数据在串行时钟线（SCLK）的奇数边沿被采集。
b）CPHA = 1：MOSI或MISO数据线上的数据在串行时钟线（SCLK）的偶数边沿被采集。
②时钟极性（CPOL）：决定了SPI总线在空闲状态时（SPI通讯开始之前），时钟线的电平状态。
a）CPOL = 0：串行同步时钟总线（SCLK）的空闲状态为低电平。
b）CPOL = 1：串行同步时钟总线（SCLK）的空闲状态为高电平。

2.STM32F40xSPI模块介绍
1）STM32F40xSPI模块概述
STM32F40x的SPI模块支持两个功能，分别为：SPI通讯总线协议以及IIS音频协议，默认功能为SPI通讯总线协议功能。SPI通讯协议支持SPI四线制（半双工）和五线制（全双工）通讯模式。同时还可以配置成主机模式和从机模式以及多主机模式，还可以使用CRC校验实现可靠通信。
2）STM32F40xSPI模块主要特性
①由SPI模块中的SCLK、MOSI以及MISO三线组成全双工同步通信。
②支持SPI四线制同步半双工通信
③支持数据传输字长为8位或16位
④可以设置成主机模式和从机模式（默认是从机模式）和多主机模式（在同一个时间内只能有1个主机在工作）
⑤可以对SPI的输入时钟源进行分频，频率最大值为（fpclk/2）
⑥NSS在主模式下为软件管理，在从模式线为硬件管理
⑦可以设置数据的传输顺序（先高还是先低）以及SPI的数据传输方式
⑧支持MOTOROL公司以及TI公司的SPI通讯协议
⑨SPI中断源分别为：发送、接收、主模式错误、上溢错误、CRC错误
⑩支持DMA功能
3）SPI主机模式设置
①根据需要驱动的目标器件来确定SPI的传输速度比特率。
②根据需要驱动的目标器件来配置时钟极性和相位（TI模式忽略此步）。
③根据需要驱动的目标器件来确定数据位长度。
④根据需要驱动的目标器件来配置数据的传输方式（TI模式忽略此步）。
⑤把NSS管脚设置位软件管理模式
⑥选择SPI通信协议格式
⑦把SPI配置位主机模式
⑧是SPI模块

3.STM32F40xSPI模块相关寄存器
1）SPI 控制寄存器 1 (SPI_CR1)
寄存器作用：设置SPI模块工作模式
2）SPI 控制寄存器 2 (SPI_CR2)
寄存器作用：设置SPI模块工作模式
3）SPI 状态寄存器 (SPI_SR)
寄存器作用：检测SPI具体相应功能的具体状态。
4）SPI 数据寄存器 (SPI_DR)
寄存器作用：存放需要发送或接收的数据

4.W25Q64 Flah存储芯片介绍
1）W25Q64  Flah芯片概述
W25Q64是一款具有SPI通信接口，大小为8M（Byte）的Flash芯片。W25Q64内部把8M大小的存储空间分为128块（Bolck），每块大小为64K字节，而每块又分为16个扇区（Sector），每个扇区大小为4K字节。每个扇区分为16页，每页256个字节。Flash内部数据只能有1变0，不能由0变1。
2）W25Q64管脚
①/CS：片选管脚，低电平有效。在执行一条新指令之前，必须要让CS管脚先出现一个下降沿。
②DO（MISO）：串行数据输出管脚，在CLK管脚的下降沿输出数据。
③/WP：写保护管脚，低电平有效，高电平可读可写，低电平仅仅可读。
④DI（MOSI）：串行数据输入管脚，在CLK管脚的上升沿捕获数据。
⑤CLK：串行时钟管脚，为输入和输出数据提供时钟脉冲。
⑥/HOLD：保存管脚，有效电平为低电平。当/HOLD为低电，并且CS也为低电平时，数据输出管脚将保持高阻态，同时会忽略数据输出管脚以及时钟管脚上的信号。把/HOLD管脚拉高，器件恢复正常工作。
3）W25Q64传输速度
W25Q64在标准模式下支持80Mbit/s；快速模式下支持160Mbit/s；高速模式下支持320Mbit/s
4）W25Q64数据传输
W25Q64支持模式0和模式3数据传输时序模式。数据传输的字长为8位，传输顺序为先高再低。
5）W25Q64工作原理
通过SPI总线接口，用标准的SPI协议发送相应的指令给Flash，然后Flash根据命令执行各种相关操作。

5.SPI通信编程思路
1）配置SPI相应功能的GPIO管脚
2）使能SPI模块时钟
3）设置SPI模块工作模式：按照SPI主机模式设置步骤设置
4）编写SPI字节数据传输函数

#include "spi.h"

/********** SPI初始化函数**************
   DO  ---->     PB4  复用模式
   CLK ---->     PB3  复用模式
   DI  ---->     PB5  复用模式
***************************************/
void SPI_Init(void)
{
        /* SPI引脚管脚配置 */
        RCC->AHB1ENR |= 1 << 1; //使能 GPIOB外设时钟
       
        /* PB3(CLK)管脚配置 复用模式 */
        /* 管脚模式配置 */
        GPIOB->MODER &= ~(3 << (3 * 2));      //清零
        GPIOB->MODER |= 2 << (3 * 2);         //PB3配置为复用模式
        /* 复用功能配置 */
        GPIOB->AFR[0] &= ~(0x0f << (3 * 4));  //清零
        GPIOB->AFR[0] |= 5 << (3 * 4);        //PB3 复用选择SPI_1
        /* 输出速率配置 */
        GPIOB->OSPEEDR &= ~(3 << (3 * 2));    //清零
        GPIOB->OSPEEDR |= 2 << (3 * 2);       //输出速率50M
       
        /* PB4(DO)管脚配置 复用模式*/
        /* 管脚模式配置 */
        GPIOB->MODER &= ~(3 << (4 * 2));      //清零
        GPIOB->MODER |= 2 << (4 * 2);         //PB4配置为复用模式
        /* 复用功能配置 */
        GPIOB->AFR[0] &= ~(0x0f << (4 * 4));  //清零
        GPIOB->AFR[0] |= 5 << (4 * 4);        //PB4 复用选择SPI_1
       
        /* PB5(DI)管脚配置 复用模式 */
        /* 管脚模式配置 */
        GPIOB->MODER &= ~(3 << (5 * 2));      //清零
        GPIOB->MODER |= 2 << (5 * 2);         //PB5配置为复用模式
        /* 复用功能配置 */
        GPIOB->AFR[0] &= ~(0x0f << (5 * 4));  //清零
        GPIOB->AFR[0] |= 5 << (5 * 4);        //PB5 复用选择SPI_1
        /* 输出速率配置 */
        GPIOB->OSPEEDR &= ~(3 << (5 * 2));    //清零
        GPIOB->OSPEEDR |= 2 << (5 * 2);       //输出速率50M
       
        /* 使能SPI模块时钟 */
        RCC->APB2ENR |= 1 << 12;              //使能SPI_1时钟
       
        /* 设置SPI模块工作模式 */
        SPI1->CR1 &= ~(7 << 3);               //SPI_1波特率42M
        SPI1->CR1 &= ~(1 << 1);               //SPI_1时序模式0
        SPI1->CR1 &= ~(1 << 0);
        SPI1->CR1 &= ~(1 << 11);              //8位数据长度
        SPI1->CR1 &= ~(1 << 7);               //先发高位
        SPI1->CR1 |= 1 << 9;                  //NSS软件管理
        SPI1->CR1 |= 1 << 8;                  //NSS内部状态为高电平
        SPI1->CR2 &= ~(1 << 4);               //选择MOTOROLA模式
        SPI1->CR1 |= 1 << 2;                  //主机模式
       
        /* 使能SPI */
        SPI1->CR1 |= 1 << 6;                  //使能SPI_1
}

/********************** SPI数据传输函数 *********************************/
u16 SPI_Send_Read_Byte(u8 data)
{
        u16 ErrTimer = 0;
       
        /* 写功能 */
        while( !(SPI1->SR & (1 << 1)) )
        {
                ErrTimer++;
                if(ErrTimer >= 0xfffe)
                {
                        return 0;
                }
        }
        SPI1->DR = data;
       
        ErrTimer = 0;
       
        /* 读功能 */
        while( !(SPI1->SR & (1 << 0)) )
        {
                ErrTimer++;
                if(ErrTimer >= 0xfffe)
                {
                        return 0;
                }
        }
        return SPI1->DR;
}