STM32學(xué)習(xí)筆記之硬件SPI讀寫(xiě)與極性設(shè)置

【軟件中如何設(shè)置SPI的極性和相位】SPI分主設(shè)備和從設(shè)備，兩者通過(guò)SPI協(xié)議通訊。而設(shè)置SPI的模式，是從設(shè)備的模式，決定了主設(shè)備的模式。所以要先去搞懂從設(shè)備的SPI是何種模式，然后再將主設(shè)備的SPI的模式，設(shè)置和從設(shè)備相同的模式，即可正常通訊。對(duì)于從設(shè)備的SPI是什么模式，有兩種：（1）固定的，有SPI從設(shè)備硬件決定的SPI從設(shè)備，具體是什么模式，相關(guān)的datasheet中會(huì)有描述，需要自己去datasheet中找到相關(guān)的描述，即：關(guān)于SPI從設(shè)備，在空閑的時(shí)候，是高電平還是低電平，即決定了CPOL是0還是1；然后再找到關(guān)于設(shè)備是在上升沿還是下降沿去采樣數(shù)據(jù)，這樣就是，在定了CPOL的值的前提下，對(duì)應(yīng)著可以推算出CPHA是0還是1了。舉例1：CC2500-Low-CostLow-Power2.4GHzRFTransceiver的datasheet中SPI的時(shí)序圖是：
從圖中可以看到，最開(kāi)始的SCLK和結(jié)束時(shí)候的SCLK，即空閑時(shí)刻的SCLK，是低電平，推導(dǎo)出CPOL=0，然后可以看到數(shù)據(jù)采樣的時(shí)候，即數(shù)據(jù)最中間的那一點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的是SCLK的第一個(gè)邊沿，所以CPHA=0（此時(shí)對(duì)應(yīng)的是上升沿）。舉例2：SSD1289-240RGBx320TFTLCDControllerDriver的datasheet中提到：“SDIisshiftedinto8-bitshiftregisteroneveryrisingedgeofSCKintheorderofdatabit7,databit6……databit0.”意思是，數(shù)據(jù)是在上升沿采樣，所以可以斷定是CPOL=0，CPHA=0，或者CPOL=1，CPHA=1的模式，但是至于是哪種模式。按理來(lái)說(shuō)，接下來(lái)應(yīng)該再去確定SCLK空閑時(shí)候是高電平還是低電平，用以確定CPOL是0還是1，但是datasheet中沒(méi)有提到這點(diǎn)。所以，此處，目前不太確定，是兩種模式都支持，還是需要額外找證據(jù)卻確定CPOL是0還是1.（2）可配置的，由軟件自己設(shè)定從設(shè)備也是一個(gè)SPI控制器，4種模式都支持，此時(shí)只要自己設(shè)置為某種模式即可。然后知道了從設(shè)備的模式后，再去將SPI主設(shè)備的模式，設(shè)置為和從設(shè)備模式一樣，即可。 對(duì)于如何配置SPI的CPOL和CPHA的話，不多細(xì)說(shuō)，多數(shù)都是直接去寫(xiě)對(duì)應(yīng)的SPI控制器中對(duì)應(yīng)寄存器中的CPOL和CPHA那兩位，寫(xiě)0或?qū)?即可。舉例：C8051F347中的SPI就是一個(gè)SPI的controller控制器，即支持軟件配置CPOL和CPHA的值，四種模式都支持，此處C8051F347作為SPI從設(shè)備，設(shè)置了CPOL=1，CPHA=0的模式，因此，此處對(duì)應(yīng)主芯片中的SPI控制器，作為Master主設(shè)備，其SPI的模式也要設(shè)置為CPOL=1，CPHA=0,即可。

【SPI的讀寫(xiě)程序設(shè)計(jì)】文中標(biāo)紅的是特別注意看的地方主要是熟悉flash芯片的指令集，以及存儲(chǔ)芯片扇區(qū)和塊的理解，最重要的是擦除都是以扇區(qū)擦除的方式。

本節(jié)將利用SPI來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部FLASH（W25X16）的讀寫(xiě)，并將結(jié)果顯示在TFTLCD模塊上。本節(jié)分為如下幾個(gè)部分：

3.17.1 SPI簡(jiǎn)介

3.17.2硬件設(shè)計(jì)

3.17.3軟件設(shè)計(jì)

3.17.4下載與測(cè)試

1 SPI簡(jiǎn)介

SPI是英語(yǔ)Serial Peripheralinterface的縮寫(xiě)，顧名思義就是串行外圍設(shè)備接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應(yīng)用在EEPROM，F(xiàn)LASH，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，AD轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)字信號(hào)解碼器之間。SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時(shí)為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡(jiǎn)單易用的特性，現(xiàn)在越來(lái)越多的芯片集成了這種通信協(xié)議，STM32也有SPI接口。

SPI接口一般使用4條線：

MISO主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出。

MOSI主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入。

SCLK時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生。

CS從設(shè)備片選信號(hào)，由主設(shè)備控制。

SPI主要特點(diǎn)有：可以同時(shí)發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù)；可以當(dāng)作主機(jī)或從機(jī)工作；提供頻率可編程時(shí)鐘；發(fā)送結(jié)束中斷標(biāo)志；寫(xiě)沖突保護(hù)；總線競(jìng)爭(zhēng)保護(hù)等。

SPI總線四種工作方式SPI模塊為了和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)外設(shè)工作要求，其輸出串行同步時(shí)鐘極性和相位可以進(jìn)行配置，時(shí)鐘極性（CPOL）對(duì)傳輸協(xié)議沒(méi)有重大的影響。如果CPOL=0，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平；如果CPOL=1，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時(shí)鐘相位（CPHA）能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時(shí)鐘的第一個(gè)跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時(shí)鐘的第二個(gè)跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣。SPI主模塊和與之通信的外設(shè)備時(shí)鐘相位和極性應(yīng)該一致。

不同時(shí)鐘相位下的總線數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序見(jiàn)下圖：

圖3.17.1.1不同時(shí)鐘相位下的總線傳輸時(shí)序（CPHA=0/1）

STM32的SPI功能很強(qiáng)大，SPI時(shí)鐘最多可以到18Mhz，支持DMA，可以配置為SPI協(xié)議或者I2S協(xié)議。

本節(jié)，我們將利用STM32的SPI來(lái)讀取外部SPIFLASH芯片（W25X16），實(shí)現(xiàn)類(lèi)似上節(jié)的功能。這里對(duì)SPI我們只簡(jiǎn)單介紹一下SPI的使用，STM32的SPI詳細(xì)介紹請(qǐng)參考《STM32參考手冊(cè)》第422頁(yè)，22節(jié)。然后我們?cè)俳榻B下SPIFLASH芯片。

這節(jié)，我們使用STM32的SPI1的主模式，下面就來(lái)看看SPI1部分的設(shè)置步驟吧，STM32的主模式配置步驟如下：

1）配置相關(guān)引腳的復(fù)用功能，使能SPI1時(shí)鐘。

我們要用SPI1，第一步就要是能SPI1的時(shí)鐘，SPI1的時(shí)鐘通過(guò)APB2ENR的第12位來(lái)設(shè)置。其次要設(shè)置SPI1的相關(guān)引腳為復(fù)用輸出，這樣才會(huì)連接到SPI1上否則這些IO口還是默認(rèn)的狀態(tài)，也就是標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出口。這里我們使用的是PA5、6、7這3個(gè)（SCK.、MISO、MOSI，CS使用軟件管理方式），所以設(shè)置這三個(gè)為復(fù)用IO。

2）設(shè)置SPI1工作模式。

這一步全部是通過(guò)SPI1_CR1來(lái)設(shè)置，我們?cè)O(shè)置SPI1為主機(jī)模式，設(shè)置數(shù)據(jù)格式為8位，然后通過(guò)CPOL和CPHA位來(lái)設(shè)置SCK時(shí)鐘極性及采樣方式。并設(shè)置SPI1的時(shí)鐘頻率（最大18Mhz），以及數(shù)據(jù)的格式（MSB在前還是LSB在前）。

3）使能SPI1。

這一步通過(guò)SPI1_CR1的bit6來(lái)設(shè)置，以啟動(dòng)SPI1，在啟動(dòng)之后，我們就可以開(kāi)始SPI通訊了。

SPI1的使用就介紹到這里，接下來(lái)介紹一下W25X16。W25X16是華邦公司推出的繼W25X10/20/40/80（從1Mb~8Mb）后容量更大的FLASH產(chǎn)品，W25X16的容量為16Mb，還有容量更大的W25X32/64，ALIENTEK所選擇的W25X16容量為16Mb，也就是2M字節(jié)，同AT45DB161是一樣大小的。

W25X16將2M的容量分為32個(gè)塊（Block），每個(gè)塊大小為64K字節(jié)，每個(gè)塊又分為16個(gè)扇區(qū)（Sector），每個(gè)扇區(qū)4K個(gè)字節(jié)。W25X16的最少擦除單位為一個(gè)扇區(qū)，也就是每次必須擦除4K個(gè)字節(jié)。這樣我們需要給W25X16開(kāi)辟一個(gè)至少4K的緩存區(qū)，這樣對(duì)SRAM要求比較高（相對(duì)于AT45DB161來(lái)說(shuō)），但是它有價(jià)格及供貨上的優(yōu)勢(shì)。

W25X16的差些周期為10000次，具有20年的數(shù)據(jù)保存期限，支持電壓為2.7~3.6V，W25X16支持標(biāo)準(zhǔn)的SPI，還支持雙輸出的SPI，最大SPI時(shí)鐘可以到75Mhz（雙輸出時(shí)相當(dāng)于150Mhz），更多的W25X16的介紹，請(qǐng)參考W25X16的DATASHEET。

2硬件設(shè)計(jì)

本節(jié)實(shí)驗(yàn)功能簡(jiǎn)介：開(kāi)機(jī)的時(shí)候先檢測(cè)W25X16是否存在，然后在主循環(huán)里面用1個(gè)按鍵用來(lái)執(zhí)行寫(xiě)入W25X16的操作，另外一個(gè)按鍵用來(lái)執(zhí)行讀出操作，在TFTLCD模塊上顯示相關(guān)信息。同時(shí)用DS0提示程序正在運(yùn)行。

所要用到的硬件資源如下：

1）STM32F103RBT6。

2）DS0（外部LED0）。

3）KEY0和KEY2。

4）TFTLCD液晶模塊。

5）W25X16。

前面4部分的資源，我們前面已經(jīng)介紹了，請(qǐng)大家參考相關(guān)章節(jié)。這里只介紹W25X16與STM32的連接，板上的W25X16是直接連在STM32F103RBT6上的，連接關(guān)系如下圖：

圖3.17.2.1STM32F103RBT6與W25X16連接電路圖

3軟件設(shè)計(jì)

打開(kāi)上一節(jié)的工程，首先在HARDWARE文件夾下新建一個(gè)FLASH的文件夾和SPI的文件夾。然后新建一個(gè)flash.c和flash.h的文件保存在FLASH文件夾下，新建spi.c和spi.h的文件，保存在SPI文件夾下，并將這兩個(gè)文件夾加入頭文件包含路徑。

打開(kāi)spi.c文件，輸入如下代碼：

#include"spi.h"

//SPI口初始化

//這里針是對(duì)SPI1的初始化

voidSPIx_Init(void)

{

RCC->APB2ENR"=1<<2; //PORTA時(shí)鐘使能

RCC->APB2ENR|=1<<12; //SPI1時(shí)鐘使能

//這里只針對(duì)SPI口初始化

GPIOA->CRL&=0X000FFFFF;

GPIOA->CRL|=0XBBB00000;//PA5.6.7復(fù)用

GPIOA->ODR|=0X7<<5; //PA5.6.7上拉

SPI1->CR1|=0<<10;//全雙工模式

SPI1->CR1|=1<<9; //軟件nss管理

SPI1->CR1|=1<<8;