STM32 SPI详解

2018-7-6 02:48:06 2294 STM32 SPI

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，STM32 也有 SPI 接口。
  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。
  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。
  STM32 的 SPI 功能很强大，SPI 时钟最多可以到 18Mhz，支持 DMA，可以配置为 SPI 协议或者 I2S 协议
  使用 STM32 的 SPI2 的主模式，下面就来看看 SPI2 部分的设置步骤吧。SPI 相关的库函数和定义分布在文件 stm32f10x_spi.c 以及头文件 stm32f10x_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 SPI2 时钟
  我们要用 SPI2，第一步就要使能 SPI2 的时钟。其次要设置 SPI2 的相关引脚为复用输出，这样才会连接到 SPI2 上否则这些 IO 口还是默认的状态，也就是标准输入输出口。这里我们使用的是 PB13、14、15 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。
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure[size=10.5000pt];
  RCC_APB2PeriphClockCmd[size=10.5000pt](RCC_APB2Periph_GPIOB[size=10.5000pt], ENABLE [size=10.5000pt]);[size=10.5000pt]//PORTB 时钟使能
  RCC_APB1PeriphClockCmd[size=10.5000pt](RCC_APB1Periph_SPI2[size=10.5000pt], ENABLE [size=10.5000pt]);[size=10.5000pt]//SPI2 时钟使能
  GPIO_InitStructure[size=10.5000pt].GPIO_Pin [size=10.5000pt]=GPIO_Pin_13 [size=10.5000pt]| GPIO_Pin_14 [size=10.5000pt]| GPIO_Pin_15[size=10.5000pt];
  GPIO_InitStructure[size=10.5000pt].GPIO_Mode [size=10.5000pt]= GPIO_Mode_AF_PP[size=10.5000pt]; [size=10.5000pt]//PB13/14/15 复用推挽输出
  GPIO_InitStructure[size=10.5000pt].GPIO_Speed [size=10.5000pt]= GPIO_Speed_50MHz[size=10.5000pt];
  GPIO_Init[size=10.5000pt](GPIOB[size=10.5000pt], [size=10.5000pt]&GPIO_InitStructure[size=10.5000pt]);[size=10.5000pt]//初始化 GPIOB
  2）初始化 SPI2,设置 SPI2 工作模式
  接下来我们要初始化 SPI2,设置 SPI2 为主机模式，设置数据格式为 8 位，然设置 SCK 时钟极性及采样方式。并设置 SPI2 的时钟频率（最大 18Mhz），以及数据的格式（MSB 在前还是LSB 在前）。这在库函数中是通过 SPI_Init 函数来实现的。
  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 SPI2。下面我们来看看第二个参数结构体类型 SPI_InitTypeDef 的定义：
  [size=10.5000pt]typedef [size=10.5000pt]struct
  [size=10.5000pt]{
   uint16_t SPI_Direction[size=10.5000pt]; [size=10.5000pt]// 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
   uint16_t SPI_Mode[size=10.5000pt]; [size=10.5000pt]// 设置 SPI 的主从模式
   uint16_t SPI_DataSize[size=10.5000pt]; [size=10.5000pt]// 为 8 位还是 16 位帧格式选择项
   uint16_t SPI_CPOL[size=10.5000pt]; [size=10.5000pt]// 设置时钟极性
   uint16_t SPI_CPHA[size=10.5000pt]; [size=10.5000pt]// 设置时钟相位
   uint16_t SPI_NSS[size=10.5000pt]; [size=10.5000pt]//设置 NSS 信号由硬件（NSS 管脚）还是软件控制
   uint16_t SPI_BaudRatePrescaler[size=10.5000pt];  [size=10.5000pt]//设置 SPI 波特率预分频值
   uint16_t SPI_FirstBit[size=10.5000pt]; [size=10.5000pt]//设置数据传输顺序是 MSB 位在前还是 LSB 位在前
   uint16_t SPI_CRCPolynomial[size=10.5000pt]; [size=10.5000pt]//设置 CRC 校验多项式，提高通信可靠性，大于 1 即可
  [size=10.5000pt]}SPI_InitTypeDef[size=10.5000pt];
  结构体成员变量比较多，这里我们挑取几个重要的成员变量说一下：
  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，从不分频道 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 36M/256=140.625KHz。
  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[size=10.5000pt];
  SPI_InitStructure[size=10.5000pt].SPI_Direction [size=10.5000pt]= SPI_Direction_2Lines_FullDuplex[size=10.5000pt]; [size=10.5000pt]//双线双向全双工
  SPI_InitStructure[size=10.5000pt].SPI_Mode [size=10.5000pt]= SPI_Mode_Master[size=10.5000pt]; [size=10.5000pt]//主 SPI
  SPI_InitStructure[size=10.5000pt].SPI_DataSize [size=10.5000pt]= SPI_DataSize_8b[size=10.5000pt];  [size=10.5000pt]// SPI 发送接收 8 位帧结构
  SPI_InitStructure[size=10.5000pt].SPI_CPOL [size=10.5000pt]= SPI_CPOL_High[size=10.5000pt];[size=10.5000pt]//串行同步时钟的空闲状态为高电平
  SPI_InitStructure[size=10.5000pt].SPI_CPHA [size=10.5000pt]= SPI_CPHA_2Edge[size=10.5000pt];[size=10.5000pt]//第二个跳变沿数据被采样
  SPI_InitStructure[size=10.5000pt].SPI_NSS [size=10.5000pt]= SPI_NSS_Soft[size=10.5000pt];  [size=10.5000pt]//NSS 信号由软件控制
  SPI_InitStructure[size=10.5000pt].SPI_BaudRatePrescaler [size=10.5000pt]= SPI_BaudRatePrescaler_256[size=10.5000pt];  [size=10.5000pt]//预分频 256
  SPI_InitStructure[size=10.5000pt].SPI_FirstBit [size=10.5000pt]= SPI_FirstBit_MSB[size=10.5000pt];  [size=10.5000pt]//数据传输从 MSB 位开始
  SPI_InitStructure[size=10.5000pt].SPI_CRCPolynomial [size=10.5000pt]= [size=10.5000pt]7[size=10.5000pt];  [size=10.5000pt]//CRC 值计算的多项式
  SPI_Init[size=10.5000pt](SPI2[size=10.5000pt], [size=10.5000pt]&SPI_InitStructure[size=10.5000pt]); [size=10.5000pt]//根据指定的参数初始化外设 SPIx 寄存器
  3）使能 SPI2
  初始化完成之后接下来是要使能 SPI2 通信了，在使能 SPI2 之后，我们就可以开始 SPI 通讯了。使能 SPI2 的方法是：
  SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); //使能 SPI 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(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE)；

  接下来介绍一下 W25Q64。W25Q64 是华邦公司推出的大容量SPI  FLASH 产品，W25Q64 的容量为 64Mb，该系列还有 W25Q80/16/32 等。ALIENTEK 所选择的 W25Q64 容量为 64Mb，也就是 8M 字节。
  W25Q64 将 8M 的容量分为 128 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。W25Q64 的最少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 W25Q64 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。
  W25Q64 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，W25Q64 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 W25Q64 的介绍，请参考 W25Q64 的DATASHEET。

/**
* 以下是SPI模块的初始化代码，配置成主机模式，访问SD Card/W25Q64/NRF24L01
* SPI口初始化
* 这里针是对SPI2的初始化
*/
void SPI2_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );//PORTB时钟使能
RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE );//SPI2时钟使能

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //PB13/14/15复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOB

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15); //PB13/14/15上拉

SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //设置SPI工作模式:设置为主SPI
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //设置SPI的数据大小: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; //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始: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SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器

SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); //使能SPI外设

SPI2_ReadWriteByte(0xff);//启动传输

}

//SPI 速度设置函数
//SpeedSet:
//SPI_BaudRatePrescaler_2 2分频
//SPI_BaudRatePrescaler_8 8分频
//SPI_BaudRatePrescaler_16 16分频
//SPI_BaudRatePrescaler_256 256分频

void SPI2_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{
assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));
SPI2->CR1&=0XFFC7;
SPI2->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler; //设置SPI2速度
SPI_Cmd(SPI2,ENABLE);

}

//SPIx 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
u8 SPI2_ReadWriteByte(u8 TxData)
{
u8 retry=0;
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:发送缓存空标志位
{
retry++;
if(retry>200)return 0;
}
SPI_I2S_SendData(SPI2, TxData); //通过外设SPIx发送一个数据
retry=0;

while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:接受缓存非空标志位
{
retry++;
if(retry>200)return 0;
}
return SPI_I2S_ReceiveData(SPI2); //返回通过SPIx最近接收的数据
}