32单片机之串行通信接口SPI
如图所示，当时钟线SS从高电频到低电平表示传输的开始，SCK先进行上升沿 ，主机数据通过MOSI移出，从机同理，当SCK进行下降沿数据移入进行交换。主设备负责控制时钟信号，从设备根据主设备的时钟进行数据传输。SS/CS（Slave Select/Chip Select）：从设备选择线，主设备通过拉低该引脚来选择特定的从设备。MOSI（Master Out Slave In）：主设备输出，从设备输入
·
什么是串行通信接口SPI
SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种同步串行通信接口，用于短距离通信，主要在嵌入式系统中使用。
SPI的主要特点：
全双工通信：SPI支持同时发送和接收数据。（IIC是半双工即通过一条线实现数据发送和接收）
主从模式：SPI通信通常是一个主设备（Master）控制多个从设备（Slave）。主设备负责控制时钟信号，从设备根据主设备的时钟进行数据传输。
时钟信号：主设备提供时钟信号（SCLK），用于同步数据传输。
简单的硬件连接：通常需要四根线进行通信：
SCLK（Serial Clock）：时钟信号线，由主设备提供。
MOSI（Master Out Slave In）：主设备输出，从设备输入的数据线。
MISO（Master In Slave Out）：主设备输入，从设备输出的数据线。
SS/CS（Slave Select/Chip Select）：从设备选择线，主设备通过拉低该引脚来选择特定的从设备。
我们上一节学习了IIC协议，该SPI协议与IIC相比SPI可以达到更高的数据传输速率。不需要地址寻址，简化了硬件设计。
SPI的硬件电路
接下来介绍数据如何在SPI中实现传输
即主机的寄存器会发送最高位的字节（即最左边的字节）通过MOSI发送给从机；同理从机的最高位通过MISO传输给主机，这样可以实现数据的传输。
而SPI的时序相比IIC要简便得多 
如图所示，当时钟线SS从高电频到低电平表示传输的开始，SCK先进行上升沿 ，主机数据通过MOSI移出，从机同理，当SCK进行下降沿数据移入进行交换
实践：使用软件SPI读写W25Q24
•W25Qxx系列是一种低成本、小型化、使用简单的非易失性存储器，常应用于数据存储、字库存储、固件程序存储等场景
实现现象：实现读写寄存器数据
实验代码：主函数
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "W25Q64.h"
uint8_t MID; //定义用于存放MID号的变量
uint16_t DID; //定义用于存放DID号的变量
uint8_t ArrayWrite[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04}; //定义要写入数据的测试数组
uint8_t ArrayRead[4]; //定义要读取数据的测试数组
int main(void)
{
/*模块初始化*/
OLED_Init(); //OLED初始化
W25Q64_Init(); //W25Q64初始化
/*显示静态字符串*/
OLED_ShowString(1, 1, "MID: DID:");
OLED_ShowString(2, 1, "W:");
OLED_ShowString(3, 1, "R:");
/*显示ID号*/
W25Q64_ReadID(&MID, &DID); //获取W25Q64的ID号
OLED_ShowHexNum(1, 5, MID, 2); //显示MID
OLED_ShowHexNum(1, 12, DID, 4); //显示DID
/*W25Q64功能函数测试*/
W25Q64_SectorErase(0x000000); //扇区擦除
W25Q64_PageProgram(0x000000, ArrayWrite, 4); //将写入数据的测试数组写入到W25Q64中
W25Q64_ReadData(0x000000, ArrayRead, 4); //读取刚写入的测试数据到读取数据的测试数组中
/*显示数据*/
OLED_ShowHexNum(2, 3, ArrayWrite[0], 2); //显示写入数据的测试数组
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); //显示读取数据的测试数组
OLED_ShowHexNum(3, 6, ArrayRead[1], 2);
OLED_ShowHexNum(3, 9, ArrayRead[2], 2);
OLED_ShowHexNum(3, 12, ArrayRead[3], 2);
while (1)
{
}
}
接下来介绍SPI模块
#include "stm32f10x.h" // Device header
/*引脚配置层*/
/**
* 函 数：SPI写SS引脚电平
* 参 数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SS的电平，范围0~1
* 返 回 值：无
* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SS为低电平，当BitValue为1时，需要置SS为高电平
*/
void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue); //根据BitValue，设置SS引脚的电平
}
/**
* 函 数：SPI写SCK引脚电平
* 参 数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SCK的电平，范围0~1
* 返 回 值：无
* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SCK为低电平，当BitValue为1时，需要置SCK为高电平
*/
void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue)
{
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue); //根据BitValue，设置SCK引脚的电平
}
/**
* 函 数：SPI写MOSI引脚电平
* 参 数：BitValue 协议层传入的当前需要写入MOSI的电平，范围0~1
* 返 回 值：无
* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置MOSI为低电平，当BitValue为1时，需要置MOSI为高电平
*/
void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)
{
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue); //根据BitValue，设置MOSI引脚的电平，BitValue要实现非0即1的特性
}
/**
* 函 数：I2C读MISO引脚电平
* 参 数：无
* 返 回 值：协议层需要得到的当前MISO的电平，范围0~1
* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当前MISO为低电平时，返回0，当前MISO为高电平时，返回1
*/
uint8_t MySPI_R_MISO(void)
{
return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6); //读取MISO电平并返回
}
/**
* 函 数：SPI初始化
* 参 数：无
* 返 回 值：无
* 注意事项：此函数需要用户实现内容，实现SS、SCK、MOSI和MISO引脚的初始化
*/
void MySPI_Init(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //开启GPIOA的时钟
/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //将PA4、PA5和PA7引脚初始化为推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //将PA6引脚初始化为上拉输入
/*设置默认电平*/
MySPI_W_SS(1); //SS默认高电平
MySPI_W_SCK(0); //SCK默认低电平
}
/*协议层*/
/**
* 函 数：SPI起始
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void MySPI_Start(void)
{
MySPI_W_SS(0); //拉低SS，开始时序
}
/**
* 函 数：SPI终止
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void MySPI_Stop(void)
{
MySPI_W_SS(1); //拉高SS，终止时序
}
/**
* 函 数：SPI交换传输一个字节，使用SPI模式0
* 参 数：ByteSend 要发送的一个字节
* 返 回 值：接收的一个字节
*/
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{
uint8_t i, ByteReceive = 0x00; //定义接收的数据，并赋初值0x00，此处必须赋初值0x00，后面会用到
for (i = 0; i < 8; i ++) //循环8次，依次交换每一位数据
{
/*两个!可以对数据进行两次逻辑取反，作用是把非0值统一转换为1，即：!!(0) = 0，!!(非0) = 1*/
MySPI_W_MOSI(!!(ByteSend & (0x80 >> i))); //使用掩码的方式取出ByteSend的指定一位数据并写入到MOSI线
MySPI_W_SCK(1); //拉高SCK，上升沿移出数据
if (MySPI_R_MISO()){ByteReceive |= (0x80 >> i);} //读取MISO数据，并存储到Byte变量
//当MISO为1时，置变量指定位为1，当MISO为0时，不做处理，指定位为默认的初值0
MySPI_W_SCK(0); //拉低SCK，下降沿移入数据
}
return ByteReceive; //返回接收到的一个字节数据
}
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue); 这里提到了两种数据类型的转换
是因为后面要通过0,1来判断SS等状态
接下来介绍W25Q64模块
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "MySPI.h"
#include "W25Q64_Ins.h"
/**
* 函 数：W25Q64初始化
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void W25Q64_Init(void)
{
MySPI_Init(); //先初始化底层的SPI
}
/**
* 函 数：W25Q64读取ID号
* 参 数：MID 工厂ID，使用输出参数的形式返回
* 参 数：DID 设备ID，使用输出参数的形式返回
* 返 回 值：无
*/
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID)
{
MySPI_Start(); //SPI起始
MySPI_SwapByte(W25Q64_JEDEC_ID); //交换发送读取ID的指令
*MID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //交换接收MID，通过输出参数返回
*DID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //交换接收DID高8位
*DID <<= 8; //高8位移到高位
*DID |= MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //或上交换接收DID的低8位，通过输出参数返回
MySPI_Stop(); //SPI终止
}
/**
* 函 数：W25Q64写使能
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void W25Q64_WriteEnable(void)
{
MySPI_Start(); //SPI起始
MySPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE); //交换发送写使能的指令
MySPI_Stop(); //SPI终止
}
/**
* 函 数：W25Q64等待忙
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void W25Q64_WaitBusy(void)
{
uint32_t Timeout;
MySPI_Start(); //SPI起始
MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1); //交换发送读状态寄存器1的指令
Timeout = 100000; //给定超时计数时间
while ((MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE) & 0x01) == 0x01) //循环等待忙标志位
{
Timeout --; //等待时，计数值自减
if (Timeout == 0) //自减到0后，等待超时
{
/*超时的错误处理代码，可以添加到此处*/
break; //跳出等待，不等了
}
}
MySPI_Stop(); //SPI终止
}
/**
* 函 数：W25Q64页编程
* 参 数：Address 页编程的起始地址，范围：0x000000~0x7FFFFF
* 参 数：DataArray 用于写入数据的数组
* 参 数：Count 要写入数据的数量，范围：0~256
* 返 回 值：无
* 注意事项：写入的地址范围不能跨页
*/
void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Count)
{
uint16_t i;
W25Q64_WriteEnable(); //写使能
MySPI_Start(); //SPI起始
MySPI_SwapByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM); //交换发送页编程的指令
MySPI_SwapByte(Address >> 16); //交换发送地址23~16位
MySPI_SwapByte(Address >> 8); //交换发送地址15~8位
MySPI_SwapByte(Address); //交换发送地址7~0位
for (i = 0; i < Count; i ++) //循环Count次
{
MySPI_SwapByte(DataArray[i]); //依次在起始地址后写入数据
}
MySPI_Stop(); //SPI终止
W25Q64_WaitBusy(); //等待忙
}
/**
* 函 数：W25Q64扇区擦除（4KB）
* 参 数：Address 指定扇区的地址，范围：0x000000~0x7FFFFF
* 返 回 值：无
*/
void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address)
{
W25Q64_WriteEnable(); //写使能
MySPI_Start(); //SPI起始
MySPI_SwapByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB); //交换发送扇区擦除的指令
MySPI_SwapByte(Address >> 16); //交换发送地址23~16位
MySPI_SwapByte(Address >> 8); //交换发送地址15~8位
MySPI_SwapByte(Address); //交换发送地址7~0位
MySPI_Stop(); //SPI终止
W25Q64_WaitBusy(); //等待忙
}
/**
* 函 数：W25Q64读取数据
* 参 数：Address 读取数据的起始地址，范围：0x000000~0x7FFFFF
* 参 数：DataArray 用于接收读取数据的数组，通过输出参数返回
* 参 数：Count 要读取数据的数量，范围：0~0x800000
* 返 回 值：无
*/
void W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count)
{
uint32_t i;
MySPI_Start(); //SPI起始
MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_DATA); //交换发送读取数据的指令
MySPI_SwapByte(Address >> 16); //交换发送地址23~16位
MySPI_SwapByte(Address >> 8); //交换发送地址15~8位
MySPI_SwapByte(Address); //交换发送地址7~0位
for (i = 0; i < Count; i ++) //循环Count次
{
DataArray[i] = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //依次在起始地址后读取数据
}
MySPI_Stop(); //SPI终止
}
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