cortex_m3_stm32嵌入式学习笔记(二十一):SPI实验(通信总线)

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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。

功能类似于上节的I2C,都属于传输数据的用途。。找到一篇I2C VS SPI的文章:点击打开链接

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。

本章,我们将使用STM32的SPI来读取外部 SPI FLASH 芯片( W25Q64),实现类似上节的功能。
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。 MiniSTM32 V3.0开发板所选择的 W25Q64 容量为 64Mb,也就是 8M 字节。

连接图如下:

                

也就说外设我们需要初始化PA5 6 7

配置SPI 和 flash的文件很长。。

spi.c

#include "spi.h"
//以下是SPI模块的初始化代码,配置成主机模式,访问SD Card/W25X16/24L01/JF24C							  
//SPI口初始化
//这里针是对SPI1的初始化

SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;

void SPI1_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE );	
 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

 	GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7);

	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;		//选择了串行时钟的稳态:时钟悬空高
	SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;	//数据捕获于第二个时钟沿
	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(SPI1, &SPI_InitStructure);  //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器
 
	SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设
	
	SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输		 
}   
//SPI 速度设置函数
//SpeedSet:
//SPI_BaudRatePrescaler_2   2分频   (SPI 36M@sys 72M)
//SPI_BaudRatePrescaler_8   8分频   (SPI 9M@sys 72M)
//SPI_BaudRatePrescaler_16  16分频  (SPI 4.5M@sys 72M)
//SPI_BaudRatePrescaler_256 256分频 (SPI 281.25K@sys 72M)
  
void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet)
{
	SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SpeedSet ;
  	SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
	SPI_Cmd(SPI1,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 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData)
{		
	u8 retry=0;				 	
	while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, 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(SPI1, TxData); //通过外设SPIx发送一个数据
	retry=0;

	while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, 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(SPI1); //返回通过SPIx最近接收的数据					    
}

spi.h

#ifndef __SPI_H
#define __SPI_H
#include "sys.h" 				  	    													  
void SPI1_Init(void);			 //初始化SPI口
void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet); //设置SPI速度   
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData);//SPI总线读写一个字节 
#endif

flash.c

#include "flash.h" 
#include "spi.h"
#include "delay.h"   
u16 SPI_FLASH_TYPE=W25Q64;//默认就是25Q64
//4Kbytes为一个Sector
//16个扇区为1个Block
//W25X16
//容量为2M字节,共有32个Block,512个Sector 

//初始化SPI FLASH的IO口
void SPI_Flash_Init(void)
{

	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4;  //SPI CS
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  //复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
 	GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4);
	SPI1_Init();		   //初始化SPI
	SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_4);	//设置为18M时钟,高速模式
	SPI_FLASH_TYPE=SPI_Flash_ReadID();//读取FLASH ID.
}  

//读取SPI_FLASH的状态寄存器
//BIT7  6   5   4   3   2   1   0
//SPR   RV  TB BP2 BP1 BP0 WEL BUSY
//SPR:默认0,状态寄存器保护位,配合WP使用
//TB,BP2,BP1,BP0:FLASH区域写保护设置
//WEL:写使能锁定
//BUSY:忙标记位(1,忙;0,空闲)
//默认:0x00
u8 SPI_Flash_ReadSR(void)   
{  
	u8 byte=0;   
	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
	SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReadStatusReg);    //发送读取状态寄存器命令    
	byte=SPI1_ReadWriteByte(0Xff);             //读取一个字节  
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     
	return byte;   
} 
//写SPI_FLASH状态寄存器
//只有SPR,TB,BP2,BP1,BP0(bit 7,5,4,3,2)可以写!!!
void SPI_FLASH_Write_SR(u8 sr)   
{   
	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
	SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteStatusReg);   //发送写取状态寄存器命令    
	SPI1_ReadWriteByte(sr);               //写入一个字节  
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
}   
//SPI_FLASH写使能	
//将WEL置位   
void SPI_FLASH_Write_Enable(void)   
{
	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable);      //发送写使能  
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
} 
//SPI_FLASH写禁止	
//将WEL清零  
void SPI_FLASH_Write_Disable(void)   
{  
	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable);     //发送写禁止指令    
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
} 			    
//读取芯片ID W25X16的ID:0XEF14
u16 SPI_Flash_ReadID(void)
{
	u16 Temp = 0;	  
	SPI_FLASH_CS=0;				    
	SPI1_ReadWriteByte(0x90);//发送读取ID命令	    
	SPI1_ReadWriteByte(0x00); 	    
	SPI1_ReadWriteByte(0x00); 	    
	SPI1_ReadWriteByte(0x00); 	 			   
	Temp|=SPI1_ReadWriteByte(0xFF)<<8;  
	Temp|=SPI1_ReadWriteByte(0xFF);	 
	SPI_FLASH_CS=1;				    
	return Temp;
}   		    
//读取SPI FLASH  
//在指定地址开始读取指定长度的数据
//pBuffer:数据存储区
//ReadAddr:开始读取的地址(24bit)
//NumByteToRead:要读取的字节数(最大65535)
void SPI_Flash_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead)   
{ 
 	u16 i;    												    
	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReadData);         //发送读取命令   
    SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>16));  //发送24bit地址    
    SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>8));   
    SPI1_ReadWriteByte((u8)ReadAddr);   
    for(i=0;i<NumByteToRead;i++)
	{ 
        pBuffer[i]=SPI1_ReadWriteByte(0XFF);   //循环读数  
    }
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
}  
//SPI在一页(0~65535)内写入少于256个字节的数据
//在指定地址开始写入最大256字节的数据
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大256),该数不应该超过该页的剩余字节数!!!	 
void SPI_Flash_Write_Page(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{
 	u16 i;  
    SPI_FLASH_Write_Enable();                  //SET WEL 
	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_PageProgram);      //发送写页命令   
    SPI1_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>16)); //发送24bit地址    
    SPI1_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>8));   
    SPI1_ReadWriteByte((u8)WriteAddr);   
    for(i=0;i<NumByteToWrite;i++)SPI1_ReadWriteByte(pBuffer[i]);//循环写数  
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选 
	SPI_Flash_Wait_Busy();					   //等待写入结束
} 
//无检验写SPI FLASH 
//必须确保所写的地址范围内的数据全部为0XFF,否则在非0XFF处写入的数据将失败!
//具有自动换页功能 
//在指定地址开始写入指定长度的数据,但是要确保地址不越界!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)
//CHECK OK
void SPI_Flash_Write_NoCheck(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)   
{ 			 		 
	u16 pageremain;	   
	pageremain=256-WriteAddr%256; //单页剩余的字节数		 	    
	if(NumByteToWrite<=pageremain)pageremain=NumByteToWrite;//不大于256个字节
	while(1)
	{	   
		SPI_Flash_Write_Page(pBuffer,WriteAddr,pageremain);
		if(NumByteToWrite==pageremain)break;//写入结束了
	 	else //NumByteToWrite>pageremain
		{
			pBuffer+=pageremain;
			WriteAddr+=pageremain;	

			NumByteToWrite-=pageremain;			  //减去已经写入了的字节数
			if(NumByteToWrite>256)pageremain=256; //一次可以写入256个字节
			else pageremain=NumByteToWrite; 	  //不够256个字节了
		}
	};	    
} 
//写SPI FLASH  
//在指定地址开始写入指定长度的数据
//该函数带擦除操作!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)  		   
u8 SPI_FLASH_BUF[4096];
void SPI_Flash_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)   
{ 
	u32 secpos;
	u16 secoff;
	u16 secremain;	   
 	u16 i;    

	secpos=WriteAddr/4096;//扇区地址 0~511 for w25x16
	secoff=WriteAddr%4096;//在扇区内的偏移
	secremain=4096-secoff;//扇区剩余空间大小   

	if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite;//不大于4096个字节
	while(1) 
	{	
		SPI_Flash_Read(SPI_FLASH_BUF,secpos*4096,4096);//读出整个扇区的内容
		for(i=0;i<secremain;i++)//校验数据
		{
			if(SPI_FLASH_BUF[secoff+i]!=0XFF)break;//需要擦除  	  
		}
		if(i<secremain)//需要擦除
		{
			SPI_Flash_Erase_Sector(secpos);//擦除这个扇区
			for(i=0;i<secremain;i++)	   //复制
			{
				SPI_FLASH_BUF[i+secoff]=pBuffer[i];	  
			}
			SPI_Flash_Write_NoCheck(SPI_FLASH_BUF,secpos*4096,4096);//写入整个扇区  

		}else SPI_Flash_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间. 				   
		if(NumByteToWrite==secremain)break;//写入结束了
		else//写入未结束
		{
			secpos++;//扇区地址增1
			secoff=0;//偏移位置为0 	 

		   	pBuffer+=secremain;  //指针偏移
			WriteAddr+=secremain;//写地址偏移	   
		   	NumByteToWrite-=secremain;				//字节数递减
			if(NumByteToWrite>4096)secremain=4096;	//下一个扇区还是写不完
			else secremain=NumByteToWrite;			//下一个扇区可以写完了
		}	 
	};	 	 
}
//擦除整个芯片
//整片擦除时间:
//W25X16:25s 
//W25X32:40s 
//W25X64:40s 
//等待时间超长...
void SPI_Flash_Erase_Chip(void)   
{                                             
    SPI_FLASH_Write_Enable();                  //SET WEL 
    SPI_Flash_Wait_Busy();   
  	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_ChipErase);        //发送片擦除命令  
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
	SPI_Flash_Wait_Busy();   				   //等待芯片擦除结束
}   
//擦除一个扇区
//Dst_Addr:扇区地址 0~511 for w25x16
//擦除一个山区的最少时间:150ms
void SPI_Flash_Erase_Sector(u32 Dst_Addr)   
{   
	Dst_Addr*=4096;
    SPI_FLASH_Write_Enable();                  //SET WEL 	 
    SPI_Flash_Wait_Busy();   
  	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_SectorErase);      //发送扇区擦除指令 
    SPI1_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>16));  //发送24bit地址    
    SPI1_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>8));   
    SPI1_ReadWriteByte((u8)Dst_Addr);  
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
    SPI_Flash_Wait_Busy();   				   //等待擦除完成
}  
//等待空闲
void SPI_Flash_Wait_Busy(void)   
{   
	while ((SPI_Flash_ReadSR()&0x01)==0x01);   // 等待BUSY位清空
}  
//进入掉电模式
void SPI_Flash_PowerDown(void)   
{ 
  	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_PowerDown);        //发送掉电命令  
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
    delay_us(3);                               //等待TPD  
}   
//唤醒
void SPI_Flash_WAKEUP(void)   
{  
  	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReleasePowerDown);   //  send W25X_PowerDown command 0xAB    
	  SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
    delay_us(3);                               //等待TRES1
}   

flash.h

#ifndef __FLASH_H
#define __FLASH_H			    
#include "sys.h" 
#define W25Q80 	0XEF13 	
#define W25Q16 	0XEF14
#define W25Q32 	0XEF15
#define W25Q64 	0XEF16
extern u16 SPI_FLASH_TYPE;//定义我们使用的flash芯片型号		
#define	SPI_FLASH_CS PAout(2)  //选中FLASH					 
extern u8 SPI_FLASH_BUF[4096];
//W25X16读写
#define FLASH_ID 0XEF14
//指令表
#define W25X_WriteEnable		0x06 
#define W25X_WriteDisable		0x04 
#define W25X_ReadStatusReg		0x05 
#define W25X_WriteStatusReg		0x01 
#define W25X_ReadData			0x03 
#define W25X_FastReadData		0x0B 
#define W25X_FastReadDual		0x3B 
#define W25X_PageProgram		0x02 
#define W25X_BlockErase			0xD8 
#define W25X_SectorErase		0x20 
#define W25X_ChipErase			0xC7 
#define W25X_PowerDown			0xB9 
#define W25X_ReleasePowerDown	0xAB 
#define W25X_DeviceID			0xAB 
#define W25X_ManufactDeviceID	0x90 
#define W25X_JedecDeviceID		0x9F 

void SPI_Flash_Init(void);
u16  SPI_Flash_ReadID(void);  	    //读取FLASH ID
u8	 SPI_Flash_ReadSR(void);        //读取状态寄存器 
void SPI_FLASH_Write_SR(u8 sr);  	//写状态寄存器
void SPI_FLASH_Write_Enable(void);  //写使能 
void SPI_FLASH_Write_Disable(void);	//写保护
void SPI_Flash_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead);   //读取flash
void SPI_Flash_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite);//写入flash
void SPI_Flash_Erase_Chip(void);    	  //整片擦除
void SPI_Flash_Erase_Sector(u32 Dst_Addr);//扇区擦除
void SPI_Flash_Wait_Busy(void);           //等待空闲
void SPI_Flash_PowerDown(void);           //进入掉电模式
void SPI_Flash_WAKEUP(void);			  //唤醒
#endif

函数虽多。。其实用到一般也只有读和写

写:

/写SPI FLASH  
//在指定地址开始写入指定长度的数据
//该函数带擦除操作!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)  		   
u8 SPI_FLASH_BUF[4096];
void SPI_Flash_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite) 

//读取SPI FLASH  
//在指定地址开始读取指定长度的数据
//pBuffer:数据存储区
//ReadAddr:开始读取的地址(24bit)
//NumByteToRead:要读取的字节数(最大65535)
void SPI_Flash_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead)

主函数实现的功能跟I2C类似。。

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "lcd.h"
#include "key.h"
#include "spi.h"
#include "flash.h"   	
//要写入到W25Q64的字符串数组
const u8 TEXT_Buffer[]={"MY SPI TEST"};
u32 FLASH_SIZE;
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)	
void init(void)
{
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	uart_init(9600);	 	//串口初始化为9600
	LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口
 	LCD_Init();
	KEY_Init();				//按键初始化		 	
	SPI_Flash_Init();  		//SPI FLASH 初始化 	 
 	POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色 
	LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"Mini STM32");	
	LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"SPI TEST");	
	LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@YH");
	LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2015/1/26");	
	LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"WK_UP:Write  KEY0:Read");	//显示提示信息		
	while(SPI_Flash_ReadID()!=W25Q64)							//检测不到W25Q64
	{
		LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"25Q64 Check Failed!");
		delay_ms(500);
		LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"Please Check!      ");
		delay_ms(500);
		LED0=!LED0;//DS0闪烁
	}
	LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"25Q64 Ready!");
	FLASH_SIZE=8*1024*1024;	//FLASH 大小为8M字节
  POINT_COLOR=BLUE;		//设置字体为蓝色	  
}
 int main(void)
 { 
	u8 key;
	u16 i=0;
	u8 datatemp[SIZE];
	
	init();
	while(1)
	{
		key=KEY_Scan(0);
		if(key==WKUP_PRES)	//WK_UP 按下,写入W25Q64
		{
			LCD_Fill(0,170,239,319,WHITE);//清除半屏    
 			LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"Start Write W25Q64....");
			SPI_Flash_Write((u8*)TEXT_Buffer,FLASH_SIZE-100,SIZE);		//从倒数第100个地址处开始,写入SIZE长度的数据
			LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"W25Q64 Write Finished!");	//提示传送完成
		}
		if(key==KEY0_PRES)	//KEY0 按下,读取字符串并显示
		{
 			LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"Start Read W25Q64.... ");
			SPI_Flash_Read(datatemp,FLASH_SIZE-100,SIZE);				//从倒数第100个地址处开始,读出SIZE个字节
			LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"The Data Readed Is:  ");	//提示传送完成
			LCD_ShowString(60,190,200,16,16,datatemp);					//显示读到的字符串
		}
		i++;
		delay_ms(10);
		if(i==20)
		{
			LED0=!LED0;//提示系统正在运行	
			i=0;
		}		   
	}
}