SPI的使用
1、程序模拟SPI时序
实验：W25Q64模块的应用，此模块是基于SPI协议进行数据传输的，且具有掉电不丢失的特性，具体SPI和W25Q64的基础知识可以参考stm32标准库入门教程的第22/23章：链接: link
①SPI.c文件的代码如下：
c
#include "SPI.h"
/**
* PA4选择从机
*/
void SPI_NSS(uint8_t num)
{
if(num == 0)
{
GPIOA->ODR &= ~GPIO_ODR_ODR4;//PA4引脚输出为0
}else{
GPIOA->ODR |= GPIO_ODR_ODR4;//PA4引脚输入为1
}
}
/**
* PA5时钟线引脚
*/
void SPI_SCL(uint8_t num)
{
if(num == 0)
{
GPIOA->ODR &= ~GPIO_ODR_ODR5;//PA5引脚输出为0
}else{
GPIOA->ODR |= GPIO_ODR_ODR5;//PA5引脚输出为1
}
Delay_us(5);
}
/**
* PA6从机输入引脚
*/
uint8_t SPI_Receive(void)
{
uint8_t Bite;
if((GPIOA->IDR & GPIO_ODR_ODR6) == 0)
{
Bite = 0;
}else{
Bite = 1;
}
return Bite;
}
/**
* PA7主机输出引脚
*/
void SPI_Write(uint8_t num)
{
if(num == 0)
{
GPIOA->ODR &= ~GPIO_ODR_ODR7;//PA7引脚输出为0
}else{
GPIOA->ODR |= GPIO_ODR_ODR7;//PA7引脚输出为1
}
}
/**
* SPI引脚的初始化：PA4 = NSS(从机选择低电平有效), PA5 = SCL(时钟线)
* PA6 = MISO(从机输出主机输入), PA7 = MOSI(主机输出从机输入)
*/
void MySPI_Init(void)
{
/* 1、开始时钟 */
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;
/* 2、配置引脚模式：
PA4输出0/1，配置为通用推挽输出：MODE = 11,CNF = 00
PA5输出0/1，配置为通用推挽输出：MODE = 11,CNF = 00
PA6输入0/1，配置为浮空输入： MODE = 00,CNF = 01
PA7输出0/1，配置为通用推挽输出：MODE = 11,CNF = 00 */
GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE4;
GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF4;//配置PA4引脚
GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE5;
GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF5;//配置PA5引脚
GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE7;
GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF7;//配置PA7引脚
GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_MODE6;
GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_CNF6_0;
GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF6_1;//配置PA6引脚
SPI_NSS(1);//默认先不选中从机
SPI_SCL(0);//空闲为低电平
}
/**
* 起始信号
*/
void MySPI_Start(void)
{
SPI_NSS(0);
}
/**
* 停止信号
*/
void MySPI_Stop(void)
{
SPI_NSS(1);
}
/**
* 发送数据和接收数据1个字节
*/
uint8_t MySPI_SendRecByte(uint8_t Byte)
{
uint8_t Data = 0x00;
for(uint8_t i = 0; i<8; i++)
{
SPI_Write(Byte & (0x80 >> i));//写入次高为数据
SPI_SCL(1);//拉高SCL产生上升沿，让从机和主机读取输入
if (SPI_Receive() != 0)//主句读取数据
{
Data |= (0x80 >> i);
}
SPI_SCL(0);//拉低SCL，为下一次上升沿做准备
}
return Data;
}②SPI.h文件的代码如下：
c
#ifndef __SPI_H
#define __SPI_H
#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
void MySPI_Init(void);
void MySPI_Start(void);
void MySPI_Stop(void);
uint8_t MySPI_SendRecByte(uint8_t Byte);
#endif③W25Q64.c文件的代码如下：
c
#include "SPI_W25Q64.h"
/**
* W25Q64Q初始化
*/
void W25Q64_Init(void)
{
MySPI_Init();
}
/**
* W25Q64写使能
*/
void W25Q64_WriteEnable(void)
{
MySPI_Start();
MySPI_SendRecByte(W25Q64_WRITE_ENABLE);//发送指令，写使能
MySPI_Stop();
}
/**
* W25Q64写失能
*/
void W25Q64_WriteDisable(void)
{
MySPI_Start();
MySPI_SendRecByte(W25Q64_WRITE_DISABLE);//发送指令，写失能
MySPI_Stop();
}
/**
* 读取模块的ID
*/
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID,uint16_t *DID)
{
MySPI_Start();
MySPI_SendRecByte(W25Q64_JEDEC_ID);//发送指令，读取ID
*MID = MySPI_SendRecByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);//读取MID
*DID = MySPI_SendRecByte(W25Q64_DUMMY_BYTE) << 8;//读取DID的低8位
*DID |= MySPI_SendRecByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);//读取DID的高8
MySPI_Stop();
}
/**
* 擦除指定的扇区:Block(0~127)，Sector(0~15)
*/
void W25Q64_EraseSector(uint8_t Block,uint8_t Sector)
{
/* 计数出，指定的块和扇区的首地址 */
uint32_t Address = Block * 0x010000 + Sector * 0x001000;
/* 发送起始信号*/
MySPI_Start();
/* 发送指令 */
MySPI_SendRecByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB);//写入擦除指令
/* 发送需要被擦除的地址 */
MySPI_SendRecByte(Address >> 16);//写入擦除的地址的高8位
MySPI_SendRecByte((Address >> 8) & 0xff);//写入擦除的地址的次8位
MySPI_SendRecByte(Address & 0xff);//写入擦除的地址的低8位
/* 发送停止信号 */
MySPI_Stop();
}
/**
* 指定位置写入数据：
* 块：Block(0~127)
* 扇区：Sector(0~15)
* 页：Page(0~15)
* 发送的数据的字节数：Length(0~256)
* 发送的数据数组：SendDatas
*/
void W25Q64_WriteBites(uint8_t Block,uint8_t Sector,
uint8_t Page,uint16_t Length,uint8_t SendDatas[])
{
W25Q64_WriteEnable();//写使能，向往内存里面写入数据时要开启写使能
/* 计数出指定位置的页首地址 */
uint32_t ADDress = Block * 0x010000 + Sector * 0x001000 + Page * 0x000100;
/* 发送起始信号*/
MySPI_Start();
/* 发送指令*/
MySPI_SendRecByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM);//指令：写入数据
/* 写入数据 */
MySPI_SendRecByte(ADDress >> 16);//发送高8位地址
MySPI_SendRecByte((ADDress >> 8) & 0xff);//发送次8位地址
MySPI_SendRecByte(ADDress & 0xff);//发送低8位地址
for(uint16_t i = 0; i<Length; i++)
{
MySPI_SendRecByte(SendDatas[i]);
}
/* 发送停止信号*/
MySPI_Stop();
}
/**
* 指定位置读取数据：
* 块：Block(0~127)
* 扇区：Sector(0~15)
* 页：Page(0~15)
* 读取的数据的字节数：Length
* 读取的数据数组：ReceiveDatas
*/
void W25Q64_ReadBites(uint8_t Block,uint8_t Sector,
uint8_t Page,uint16_t Length,uint8_t ReceiveDatas[])
{
/* 计数出指定位置的页首地址 */
uint32_t ADDress = Block * 0x10000 + Sector * 0x1000 + Page * 0x100;
/* 发送起始信号*/
MySPI_Start();
/* 发送指令*/
MySPI_SendRecByte(W25Q64_READ_DATA);//指令：读取数据
/* 读取数据 */
MySPI_SendRecByte(ADDress >> 16);//发送高8位地址
MySPI_SendRecByte((ADDress >> 8) & 0xff);//发送次8位地址
MySPI_SendRecByte(ADDress & 0xff);//发送低8位地址
for(uint16_t i = 0; i<Length; i++)
{
ReceiveDatas[i] = MySPI_SendRecByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);
}
/* 发送停止信号*/
MySPI_Stop();
}④W25Q64.h文件的代码如下：
c
#ifndef __SPI_W25Q64_H
#define __SPI_W25Q64_H
#include "SPI.h"
/* 模块的指令集 */
#define W25Q64_WRITE_ENABLE 0x06
#define W25Q64_WRITE_DISABLE 0x04
#define W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1 0x05
#define W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_2 0x35
#define W25Q64_WRITE_STATUS_REGISTER 0x01
#define W25Q64_PAGE_PROGRAM 0x02
#define W25Q64_QUAD_PAGE_PROGRAM 0x32
#define W25Q64_BLOCK_ERASE_64KB 0xD8
#define W25Q64_BLOCK_ERASE_32KB 0x52
#define W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB 0x20
#define W25Q64_CHIP_ERASE 0xC7
#define W25Q64_ERASE_SUSPEND 0x75
#define W25Q64_ERASE_RESUME 0x7A
#define W25Q64_POWER_DOWN 0xB9
#define W25Q64_HIGH_PERFORMANCE_MODE 0xA3
#define W25Q64_CONTINUOUS_READ_MODE_RESET 0xFF
#define W25Q64_RELEASE_POWER_DOWN_HPM_DEVICE_ID 0xAB
#define W25Q64_MANUFACTURER_DEVICE_ID 0x90
#define W25Q64_READ_UNIQUE_ID 0x4B
#define W25Q64_JEDEC_ID 0x9F
#define W25Q64_READ_DATA 0x03
#define W25Q64_FAST_READ 0x0B
#define W25Q64_FAST_READ_DUAL_OUTPUT 0x3B
#define W25Q64_FAST_READ_DUAL_IO 0xBB
#define W25Q64_FAST_READ_QUAD_OUTPUT 0x6B
#define W25Q64_FAST_READ_QUAD_IO 0xEB
#define W25Q64_OCTAL_WORD_READ_QUAD_IO 0xE3
#define W25Q64_DUMMY_BYTE 0xFF
void W25Q64_Init(void);
void W25Q64_WriteEnable(void);
void W25Q64_WriteDisable(void);
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID,uint16_t *DID);
void W25Q64_EraseSector(uint8_t Block,uint8_t Sector);
void W25Q64_WriteBites(uint8_t Block,uint8_t Sector,
uint8_t Page,uint16_t Length,uint8_t SendDatas[]);
void W25Q64_ReadBites(uint8_t Block,uint8_t Sector,
uint8_t Page,uint16_t Length,uint8_t ReceiveDatas[]);
void W25Q64_Busy(void);
#endif⑤主函数文件的代码如下：
c
#include "stm32f10x.h"
#include "OLED.h"
#include "SPI_W25Q64.h"
#include "stdio.h"
int main(void)
{
uint8_t MID;
uint16_t DID;
OLED_Init();
W25Q64_Init();
OLED_Clear();
OLED_ShowString(1,1,"MID: DID:");
W25Q64_ReadID(&MID,&DID);
OLED_ShowHexNum(1,5,MID,2);
OLED_ShowHexNum(1,13,DID,4);
/* 实验模块的读写操作 */
/* 1、写使能 */
W25Q64_WriteEnable();
/* 2、对需要保存的位置进行擦除 */
W25Q64_EraseSector(0,0);//对第1块的第1个扇区进行擦除
Delay_ms(50);
/* 3、写入数据*/
uint8_t *Data = "Hello World";
W25Q64_WriteBites(0,0,0,11,Data);
Delay_ms(50);
/* 4、读取数据*/
uint8_t Buff[256];
W25Q64_ReadBites(0,0,0,11,Buff);
/* 5、OLED显示出来*/
OLED_ShowString(2,1,Buff);
while(1)
{
}
}实物效果如图所示：
2、硬件SPI的使用
①SPI.c文件的代码如下：
c
#include "SPI.h"
/**
* PA4手动进行选择从机
*/
void SPI_NSS(uint8_t num)
{
if(num == 0)
{
GPIOA->ODR &= ~GPIO_ODR_ODR4;//PA4引脚输出为0
}else{
GPIOA->ODR |= GPIO_ODR_ODR4;//PA4引脚输入为1
}
}
/**
* 1、SPI引脚的初始化：PA4 = NSS(从机选择低电平有效), PA5 = SCL(时钟线)
* PA6 = MISO(从机输出主机输入), PA7 = MOSI(主机输出从机输入)
* 2、片上外设SPI的初始化：
*/
void MySPI_Init(void)
{
/* 1、开始时钟:GPIOA，SPI1 */
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_SPI1EN;
/* 2、配置引脚模式：
PA4(手动)输出0/1，配置为通用推挽输出：MODE = 11,CNF = 00
PA5输出0/1，配置为复用推挽输出：MODE = 11,CNF = 10
PA6输入0/1，配置为浮空输入： MODE = 00,CNF = 01
PA7输出0/1，配置为复用推挽输出：MODE = 11,CNF = 10 */
GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE4;
GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF4;//配置PA4引脚
GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE5;
GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF5_0;
GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_CNF5_1;//配置PA5引脚
GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE7;
GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF7_0;//配置PA7引脚
GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_CNF7_1;//配置PA7引脚
GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_MODE6;
GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_CNF6_0;
GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF6_1;//配置PA6引脚
/* 3、片上外设SPI的配置 */
//默认8位数据帧，全双工，模式0，高位先行，禁用SSOE。这些都不用配置
/* 3.1、将设备配置为主模式：SPI_CR1_MSTR = 1 */
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_MSTR;
/* 3.2、波特率控制：SPI_CR1_BR[2:0] = 000(2分频)*/
SPI1->CR1 &= ~SPI_CR1_BR;
/* 3.3、启用软件从设备的管理(软件选择从设备)：SPI_CR1_SSM = 1*/
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_SSM;
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_SSI;
/* 3.4、SPI片上外设使能：SPI_CR1_SPE = 1 */
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_SPE;
SPI_NSS(1);//默认先不选中从机
}
/**
* 起始信号
*/
void MySPI_Start(void)
{
SPI_NSS(0);
}
/**
* 停止信号
*/
void MySPI_Stop(void)
{
SPI_NSS(1);
}
/**
* 发送数据和接收数据1个字节
*/
uint8_t MySPI_SendRecByte(uint8_t Byte)
{
uint8_t Data = 0x00;
/* 判断发送缓存区是否为空：SPI_SR_TXE = 1(空)*/
while(!(SPI1->SR & SPI_SR_TXE));
/* 发送缓存区写入数据 */
SPI1->DR = Byte;
/* 判断接收缓存区是否为非空：SPI->SR_RXNE = 1(非空)*/
while (!(SPI1->SR & SPI_SR_RXNE));
/* 接收缓存区接收数据 */
Data = SPI1->DR;
return Data;
}②W25Q64.c文件的代码如下：
c
#include "SPI_W25Q64.h"
/**
* W25Q64Q初始化
*/
void W25Q64_Init(void)
{
MySPI_Init();
}
/**
* W25Q64写使能
*/
void W25Q64_WriteEnable(void)
{
MySPI_Start();
MySPI_SendRecByte(W25Q64_WRITE_ENABLE);//发送指令，写使能
MySPI_Stop();
}
/**
* W25Q64写失能
*/
void W25Q64_WriteDisable(void)
{
MySPI_Start();
MySPI_SendRecByte(W25Q64_WRITE_DISABLE);//发送指令，写失能
MySPI_Stop();
}
/**
* 读取模块的ID
*/
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID,uint16_t *DID)
{
MySPI_Start();
MySPI_SendRecByte(W25Q64_JEDEC_ID);//发送指令，读取ID
*MID = MySPI_SendRecByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);//读取MID
*DID = MySPI_SendRecByte(W25Q64_DUMMY_BYTE) << 8;//读取DID的低8位
*DID |= MySPI_SendRecByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);//读取DID的高8
MySPI_Stop();
}
/**
* 擦除指定的扇区:Block(0~127)，Sector(0~15)
*/
void W25Q64_EraseSector(uint8_t Block,uint8_t Sector)
{
/* 计数出，指定的块和扇区的首地址 */
uint32_t Address = Block * 0x010000 + Sector * 0x001000;
/* 发送起始信号*/
MySPI_Start();
/* 发送指令 */
MySPI_SendRecByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB);//写入擦除指令
/* 发送需要被擦除的地址 */
MySPI_SendRecByte(Address >> 16);//写入擦除的地址的高8位
MySPI_SendRecByte((Address >> 8) & 0xff);//写入擦除的地址的次8位
MySPI_SendRecByte(Address & 0xff);//写入擦除的地址的低8位
/* 发送停止信号 */
MySPI_Stop();
}
/**
* 指定位置写入数据：
* 块：Block(0~127)
* 扇区：Sector(0~15)
* 页：Page(0~15)
* 发送的数据的字节数：Length(0~256)
* 发送的数据数组：SendDatas
*/
void W25Q64_WriteBites(uint8_t Block,uint8_t Sector,
uint8_t Page,uint16_t Length,uint8_t SendDatas[])
{
W25Q64_WriteEnable();//写使能，向往内存里面写入数据时要开启写使能
/* 计数出指定位置的页首地址 */
uint32_t ADDress = Block * 0x010000 + Sector * 0x001000 + Page * 0x000100;
/* 发送起始信号*/
MySPI_Start();
/* 发送指令*/
MySPI_SendRecByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM);//指令：写入数据
/* 写入数据 */
MySPI_SendRecByte(ADDress >> 16);//发送高8位地址
MySPI_SendRecByte((ADDress >> 8) & 0xff);//发送次8位地址
MySPI_SendRecByte(ADDress & 0xff);//发送低8位地址
for(uint16_t i = 0; i<Length; i++)
{
MySPI_SendRecByte(SendDatas[i]);
}
/* 发送停止信号*/
MySPI_Stop();
}
/**
* 指定位置读取数据：
* 块：Block(0~127)
* 扇区：Sector(0~15)
* 页：Page(0~15)
* 读取的数据的字节数：Length
* 读取的数据数组：ReceiveDatas
*/
void W25Q64_ReadBites(uint8_t Block,uint8_t Sector,
uint8_t Page,uint16_t Length,uint8_t ReceiveDatas[])
{
/* 计数出指定位置的页首地址 */
uint32_t ADDress = Block * 0x10000 + Sector * 0x1000 + Page * 0x100;
/* 发送起始信号*/
MySPI_Start();
/* 发送指令*/
MySPI_SendRecByte(W25Q64_READ_DATA);//指令：读取数据
/* 读取数据 */
MySPI_SendRecByte(ADDress >> 16);//发送高8位地址
MySPI_SendRecByte((ADDress >> 8) & 0xff);//发送次8位地址
MySPI_SendRecByte(ADDress & 0xff);//发送低8位地址
for(uint16_t i = 0; i<Length; i++)
{
ReceiveDatas[i] = MySPI_SendRecByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);
}
/* 发送停止信号*/
MySPI_Stop();
}③主函数文件的代码如下：
c
#include "stm32f10x.h"
#include "OLED.h"
#include "SPI_W25Q64.h"
#include "stdio.h"
int main(void)
{
uint8_t MID;
uint16_t DID;
OLED_Init();
W25Q64_Init();
OLED_Clear();
OLED_ShowString(1,1,"MID: DID:");
W25Q64_ReadID(&MID,&DID);
OLED_ShowHexNum(1,5,MID,2);
OLED_ShowHexNum(1,13,DID,4);
/* 实验模块的读写操作 */
/* 1、写使能 */
W25Q64_WriteEnable();
// /* 2、对需要保存的位置进行擦除 */
W25Q64_EraseSector(0,0);//对第1块的第1个扇区进行擦除
Delay_ms(50);
// /* 3、写入数据*/
uint8_t *Data = "wo shi ni baba";
W25Q64_WriteBites(0,0,0,14,Data);
Delay_ms(50);
// /* 4、读取数据*/
uint8_t Buff[256];
W25Q64_ReadBites(0,0,0,14,Buff);
// /* 5、OLED显示出来*/
OLED_ShowString(2,1,Buff);
while(1)
{
}
}实物效果如下图所示：
总结：
①操作单片机外的模块寄存器前，则需要对模块发送操作相关的指令。
②往W25Q64的内存里面写入数据之前要进行擦除和写使能
③软件模拟和硬件最大的区别在于：软件模拟发送数据是将数据的1位1位的写入到传输线上面（手动引脚的高低电平），通过手动模拟时钟信号来等待读取/写入数据。而硬件是将数据写入数据寄存器里面，配置好时钟，然后在时钟的作用下，片上外设自动的进行数据的发送与接收。