STM-32：SPI通信外设

一、前言

STM32的SPI外设可用作通讯的主机及从机，支持最高的SCK时钟频率为fpclk/2 (STM32F103型号的芯片默认 fpclk1为 36MHz，fpclk2为 72MHz)，完全支持 SPI协议的4种模式，数据帧长度可设置为8位或16位，可设置数据 MSB先行或 LSB 先行。它还支持双线全双工、双线单向以及单线模式。其中双线单向模式可以同时使用 MOSI及 MISO 数据线向一个方向传输数据，可以加快一倍的传输速度。而单线模式则可以减少硬件接线，当然这样速率会受到影响。

二、SPI功能框图

常SPI通过4个引脚与外部器件相连：

MISO：主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。
MOSI：主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。
SCK：串口时钟，作为主设备的输出，从设备的输入
NSS：从设备选择。这是一个可选的引脚，用来选择主/从设备。

STM32F103 SPI引脚总结：

其中SPI1是APB2上的设备，最高通信速率达36Mbits/s（72M/2）。 SPI2是APB1上的设备，最高通信速率达18Mbits/s（36M/2）。

三、SPI通信读写数据

STM32使用 SPI外设通讯时，在通讯的不同阶段它会对“状态寄存器 SR”的不同数据位写入参数，我们通过读取这些寄存器标志来了解通讯状态。下图是“主模式”流程，即 STM32 作为 SPI 通讯的主机端时的数据收发过程。

主模式收发流程及事件说明如下：
控制 NSS信号线，产生起始信号(图中没有画出)；
把要发送的数据写入到“数据寄存器 DR”中，该数据会被存储到发送缓冲区；
通讯开始，SCK时钟开始运行。MOSI把发送缓冲区中的数据一位一位地传输出去；MISO 则把数据一位一位地存储进接收缓冲区中；
当发送完一帧数据的时候，“状态寄存器 SR”中的“TXE 标志位”会被置 1，表示传输完一帧，发送缓冲区已空；类似地，当接收完一帧数据的时候，“RXNE标志位”会被置 1，表示传输完一帧，接收缓冲区非空；
等待到“TXE标志位”为 1 时，若还要继续发送数据，则再次往“数据寄存器DR”写入数据即可；等待到“RXNE标志位”为 1时，通过读取“数据寄存器DR”可以获取接收缓冲区中的内容。

/**
* @brief  使用SPI读取一个字节的数据
* @param  读取数据的地址
* @retval 返回接收到的数据状态
*/
int8_t SPI_FLASH_ReadByte(uint8_t* pBuffer)
{
    
    
	SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;

	/* 等待接收缓冲区非空，RXNE事件 */
	while (SPI_I2S_GetFlagStatus(BMI160_SPI, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET)
	{
    
    
		if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(1);
	}

	/* 读取数据寄存器，获取接收缓冲区数据 */
	*pBuffer =SPI_I2S_ReceiveData(BMI160_SPI);

	return 0;
}

 /**
  * @brief  使用SPI发送一个字节的数据
  * @param  byte：要发送的数据
  * @retval 返回接发送的数据状态
  */
int8_t SPI_FLASH_SendByte(uint8_t byte)
{
    
    
  SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;

  /* 等待发送缓冲区为空，TXE事件 */
  while (SPI_I2S_GetFlagStatus(BMI160_SPI, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET)
   {
    
    
    if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(0);
   }

  /* 写入数据寄存器，把要写入的数据写入发送缓冲区 */
  SPI_I2S_SendData(BMI160_SPI, byte);

  return 0;
}

/**
  * @brief  Writes block of data to the Slave. 
  * @param  pBuffer: pointer to the buffer  containing the data to be written
  *         to the Slave.
  * @param  WriteAddr: Slave's internal address to write to.
  * @param  NumByteToWrite: number of bytes to write to the Slave.
  * @retval Communication result
  */
int8_t Bsp_Spi_WriteBuffer(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite)
{
    
    
	int8_t ret;
	uint8_t tmpBuf;
	
	/*!< Select the Slave: Chip Select low */
	BMI160_CS_LOW();

	ret = SPI_FLASH_SendByte(WriteAddr);
	ret = SPI_FLASH_ReadByte(&tmpBuf);

	/*!< while there is data to be written on the Slave*/
	while (NumByteToWrite--)
	{
    
    
	  /*!< Send the current byte */
	  ret = SPI_FLASH_SendByte(*pBuffer);
	  ret = SPI_FLASH_ReadByte(&tmpBuf);
	  /*!< Point on the next byte to be written */
	  pBuffer++;
	}
	
	/*!< Deselect the FLASH: Chip Select high */
	BMI160_CS_HIGH();

	return ret;
}

/**
  * @brief  Reads a block of data from the Slave.
  * @param  pBuffer: pointer to the buffer that receives the data read from the Slave.
  * @param  ReadAddr: Slave internal address to read from.
  * @param  NumByteToRead: number of bytes to read from the Slave.
  * @retval Communication result
  */
int8_t Bsp_Spi_ReadBuffer(uint8_t* pBuffer, uint32_t ReadAddr, uint16_t NumByteToRead)
{
    
    
	int8_t ret;
	uint8_t tmpBuf;

	/*!< Select the FLASH: Chip Select low */
	BMI160_CS_LOW();

	ret = SPI_FLASH_SendByte(ReadAddr);
	ret = SPI_FLASH_ReadByte(&tmpBuf);

	while (NumByteToRead--) /*!< while there is data to be read */
	{
    
    
		/*!< Read a byte from the FLASH */
		ret = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
		ret = SPI_FLASH_ReadByte(pBuffer);
		/*!< Point to the next location where the byte read will be saved */
		pBuffer++;
	}

	/*!< Deselect the FLASH: Chip Select high */
	BMI160_CS_HIGH();

	return ret;
}

备注：其中SPI工作在全双工的模式：

在发送数据的同时会读取数据，主要目的是发送数据，读取的数据是为了清除状态位丢弃即可。
在读取数据的同时会发送数据，主要目的是读取数据，发送数据是为了清除状态位发送无效数据即可。
这样的操作都是为了清除状态寄存器 SR对应的状态。

四、硬件SPI读写W25Q64

4.1接线图

与软件SPI读写W25Q64接线图相同

4.2程序代码

MySPI.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)//从机选择
{
    
    
	GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);
}



void MySPI_Init(void)
{
    
    
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//通用推挽输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4;//从机选择
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7;//SCK和MOSI
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;//上拉输入
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;//MISO
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	//初始化SPI外设
	SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
	SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler=SPI_BaudRatePrescaler_128;//波特率预分频器
	SPI_InitStructure.SPI_CPHA=SPI_CPHA_1Edge;//时钟相位，第几个边沿开始采样，第一个边沿蔡妍
	SPI_InitStructure.SPI_CPOL=SPI_CPOL_Low;//时钟极性，低电平
	SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial=7;//CRC校验多项式，默认值7
	SPI_InitStructure.SPI_DataSize=SPI_DataSize_8b;//配置8位还是16位数据帧
	SPI_InitStructure.SPI_Direction=SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;//配置SPI裁剪引脚，双工
	SPI_InitStructure.SPI_FirstBit=SPI_FirstBit_MSB;//配置高位先行还是低位先行
	SPI_InitStructure.SPI_Mode=SPI_Mode_Master;//主机还是从机
	SPI_InitStructure.SPI_NSS=SPI_NSS_Soft;//软件模拟
	SPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure);
	
	//使能SPI外设
	SPI_Cmd(SPI1,ENABLE);
	
	//调用MySPI_W_SS，默认给SS输出高电平，默认你不选中从机
	MySPI_W_SS(1);
	
}

void MySPI_Start(void)
{
    
    
	MySPI_W_SS(0);
}

void MySPI_Stop(void)
{
    
    
	MySPI_W_SS(1);
}

//交换字节
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{
    
    
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE)!=SET);//发送缓冲区为空
	
	SPI_I2S_SendData(SPI1, ByteSend);//发送数据到DR
	
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE)!=SET);//接收缓冲区不空
	
	return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);//读取DR数据
}

W25Q64.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MySPI.h"
#include "W25Q64_Ins.h"

void W25Q64_Init(void)
{
    
    
	MySPI_Init();
}

void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID)
{
    
    
	MySPI_Start();
	MySPI_SwapByte(W25Q64_JEDEC_ID);
	*MID = MySPI_SwapByte(0xFF);
	*DID = MySPI_SwapByte(0xFF);
	*DID <<= 8;
	*DID |= MySPI_SwapByte(0xFF);
	MySPI_Stop();
}

void W25Q64_WriteEnable(void)
{
    
    
	MySPI_Start();
	MySPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE);
	MySPI_Stop();
}

void W25Q64_WaitBusy(void)
{
    
    
	uint32_t Timeout;
	MySPI_Start();
	MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1);
	Timeout = 100000;
	while ((MySPI_SwapByte(0xFF) & 0x01) == 0x01)
	{
    
    
		Timeout --;
		if (Timeout == 0)
		{
    
    
			break;
		}
	}
	MySPI_Stop();
}

void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address)
{
    
    
	W25Q64_WriteEnable();
	MySPI_Start();
	MySPI_SwapByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB);
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);
	MySPI_SwapByte(Address);
	MySPI_Stop();
	W25Q64_WaitBusy();
}

void W25Q64_ChipErase(void)
{
    
    
	W25Q64_WriteEnable();
	MySPI_Start();
	MySPI_SwapByte(W25Q64_CHIP_ERASE);
	MySPI_Stop();
	W25Q64_WaitBusy();
}

void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count)
{
    
    
	uint8_t i;
	W25Q64_WriteEnable();
	MySPI_Start();
	MySPI_SwapByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM);
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);
	MySPI_SwapByte(Address);
	for (i = 0; i < Count; i ++)
	{
    
    
		 MySPI_SwapByte(DataArray[i]);
	}
	MySPI_Stop();
	W25Q64_WaitBusy();
}

void W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count)
{
    
    
	uint8_t i;
	MySPI_Start();
	MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_DATA);
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);
	MySPI_SwapByte(Address);
	for (i = 0; i < Count; i ++)
	{
    
    
		DataArray[i] = MySPI_SwapByte(0xFF);
	}
	MySPI_Stop();
}

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"        //延时函数
#include "OLED.h"
#include "W25Q64.h"

uint8_t MID;
uint16_t DID;

uint8_t ArrayWrite[] = {
    
    0x01, 0x02, 0x03, 0x04};
uint8_t ArrayRead[4];

int main(void)
{
    
    
	OLED_Init();
	W25Q64_Init();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "MID:   DID:");
	OLED_ShowString(2, 1, "W:");
	OLED_ShowString(3, 1, "R:");
	
	W25Q64_ReadID(&MID, &DID);
	OLED_ShowHexNum(1, 5, MID, 2);
	OLED_ShowHexNum(1, 12, DID, 4);
	
	W25Q64_SectorErase(0x000000);
	W25Q64_PageProgram(0x000000, ArrayWrite, 4);
	
	W25Q64_ReadData(0x000000, ArrayRead, 4);
	
	OLED_ShowHexNum(2, 3, ArrayWrite[0], 2);
	OLED_ShowHexNum(2, 6, ArrayWrite[1], 2);
	OLED_ShowHexNum(2, 9, ArrayWrite[2], 2);
	OLED_ShowHexNum(2, 12, ArrayWrite[3], 2);
	
	OLED_ShowHexNum(3, 3, ArrayRead[0], 2);
	OLED_ShowHexNum(3, 6, ArrayRead[1], 2);
	OLED_ShowHexNum(3, 9, ArrayRead[2], 2);
	OLED_ShowHexNum(3, 12, ArrayRead[3], 2);

	while(1)
	{
    
    
		
	}
}