STM32基础之SPI及例程说明
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一、SPI基础
1.1. SPI介绍
SPI：串行外设设备接口(Serial Peripheral Interface)，是一种高速，全双工，同步的通信总线(SCK线)。
这里对比IIC总线：
（1）SPI总线，为同步 串行 全双工，接口为MOSI(发送数据) MISO(接收数据) SCL(时钟线) CS(片选线)，一主多从或者一主一从，片选引脚选择，通信速率50MHz，数据格式8位或16位，MSB/LSB(高位先发/低位先发)
（2）IIC总线，同步 串行 半双工，接口为SDA(数据线) SCL(时钟线)，多主从，SDA上设备地址片选，通信速率100kHz、400kHz、3.4MHz，数据格式8位，MSB(高位先发)
SPI接口主要应用于存储芯片、AD转换器以及LCD中
1.2. 一主机连接多从机
将STM32的SCK、MOSI、MISO分别连接至外部芯片的SCK、MOSI和MISO，将多个片选CS1-CSn分别连接至各个芯片得CS端。
1.3. SPI结构
SPI相关引脚：MOSI（输出数据线）、MISO（输入数据线）、SCK（时钟）、NSS（片选 用软件管理NSS）
1.4. 数据接收和数据发送
（1）数据发送：主机模式->通过地址和数据总线->发送缓冲区（通过SPI_SR查询TXE位是否发送完成）->移位寄存器->MOSI
（2）数据接收：MISO->移位寄存器->接收缓冲区（查询SPI_SR的RXNE位是否接受完成）->地址&数据总线
1.5. 传输协议
（1）SPI：边沿协议（IIC：电平协议）
时钟极性（CPOL）：没有数据传输时时钟的空闲状态电平，0：SCK在空闲状态保持低电平，1：SCK在空闲状态保持高电平；
时钟相位（CPHA）：时钟线在第几个时钟边沿采样数据，0：SCK的第一边沿进行采样（数据在第一个时钟边沿被锁存），1：SCK的第二边沿进行数据采样（数据在第二个时钟边沿被锁存）
（2）工作模式
0：CPOL0 CPHA0，SCL空闲状态低电平，采样边沿 上升沿，采样时刻 奇数边沿；
1：CPOL0 CPHA1，SCL空闲状态低电平，采样边沿 下降沿，采样时刻 偶数边沿；
2：CPOL1 CPHA0，SCL空闲状态高电平，采样边沿 上升沿，采样时刻 奇数边沿；
3：CPOL1 CPHA1，SCL空闲状态高电平，采样边沿 下降沿，采样时刻 偶数边沿；
1.6. SPI相关寄存器（F1/F4）
SPI_CR1：SPI控制寄存器1，用于配置SPI工作参数
SPI_SR：SPI状态寄存器，用于查询SPI传输状态(TXE、RXNE)
SPI_DR：SPI数据寄存器，用于存放待发送数据或接收数据，有两个缓冲区（TX/RX）
（1）SPI控制寄存器(SPI_CR1)：
SPI模式(位2)：主设备1（本设计配置为主设备），从设备0；
方向(位10)：全双工0，禁止输出1；
SSM(位9)：进制软件从设备管理0，启用软件从设备管理1（NSS引脚的电平由SSL位的值决定）；
SSL(位8)：内部从设备选择，只有在SSM置1才有意义，决定了NSS的电平；
DFF(位11)：数据帧格式，使用8位数据帧进行发送/接收0，使用16位接收/发送1；
LSBFIRST(位7)：先发送MSB高位0，先发送LSB低位1；
SPE(位6)：SPI使能，0禁止SPI，1启用SPI设备，在配置所有工作参数后配置；
BR(位5:3)：波特率控制，000 f_PCLK/2（72m/2=36m），001 f_PCLK/4，010 f_PCLK/8，011 f_PCLK/16，100 f_PCLK/32，101 f_PCLK/64，110 f_PCLK/128，111 f_PCLK/256；
CPOL(位1)：时钟极性，0空闲状态SCK低电平，1空闲状态SCK高电平；
CPHA(位0)：时钟相位，0数据从第一个边沿开始，1数据从第二个边沿开始。
（2）SPI状态寄存器
TXE(位1)：发送缓冲区非空0，发送缓冲区为空1（数据已发送）；
EXNE(位0)：接收缓冲区为空0，接收缓冲区非空1（已接受到数据）。
（3）数据寄存器
DR[15:0]：数据寄存器，对于8位的数据，发送和接收只会用[7:0]，[15:8]被强制0。对于16位会用到整个数据寄存器。
二、SPI相关HAL库驱动介绍
2.1 SPI相关函数
（1）__HAL_RCC_SPIx_CLK_ENABLE(...)：寄存器RCC_APB2ENR，功能描述使能SPIx时钟（x为第几个SPI）；
（2）HAL_SPI_Init(...)：寄存器SPI_CR1，初始化SPI；
（3）HAL_SPI_MspInit(...)：初始化回调，初始化SPI相关引脚；
（4）__HAL_SPI_ENABLE(...)：寄存器SPI_CR1(SPE)，使能SPI外设；
（5）__HAL_SPI_DISABLE(...)：寄存器SPI_CR1(SPE)，失能SPI外设（修改SPI速度需先失能）；
（6）HAL_SPI_Transmit(...)：寄存器SPI_DR和SPI_SR，用于SPI发送；
（7）HAL_SPI_Receive(...)：寄存器SPI_DR和SPI_SR，用于SPI接收；
（8）HAL_SPI_TransmitRecieve(...)：寄存器SPI_DR和SPI_SR，用于SPI同时接收发送；
2.2 SPI结构体
SPI_HandleTypeDef：
（1）句柄结构体SPI_TypeDef *Instance（基地址，第几个SPI）；
（2）初始化结构体SPI_InitTypeDef Init
SPI_InitTypeDef (括号内为本设计采用的设定)
uint32_t Mode SPI模式（主机）；
uint32_T Direction 工作方式（全双工）；
uint32_t DataSize 帧格式(8位)；
uint32_t CLKPolarity 时钟极性（CPOL=0）；
uint32_t CLKPhase 时钟相位(CPHA=0)；
uint32_t NSS SS控制方式（软件）；
uint32_t BaudRatePrescaler SPI波特率预分频值；
uint32_t FirstBit 数据传输顺序(MSB)
unit32_t TIMode 帧格式：Motorla/ TI（默认选择摩托罗拉）
uint32_t CRCCalculation 设置硬件CRC校验
unit32_t CRCPolynomial 设置CRC校验多项式
三、NOR FLASH读取和擦写实验
3.1 NOR FLASH介绍
FlASH常用的存储数据半导体器件，可重复擦写、按“扇区/块”擦除、掉电后数据可保存；
FLASH有一个物理特性：只能写0，不能写1，写1靠擦除；
FLASH有NOR FLASH和NAND FLASH两种
NOR FLASH：基于字节读取，读取速度块，独立地址/数据线，无坏快，支持XIP（可存放程序运行），25Qxx、程序ROM
NAND FLASH：基于块读写，读取速度稍慢，地址线共用，有坏快，不支持XIP（程序需要读取到RAM运行），EMMC、SSD、U盘等
3.2 NM25Q128简介
串行闪存器件，属于NOR FLASH的一种，容量为128Mb，擦写周期达10W次，数据保持达20年。
SPI数据传输模式：支持模式0，和模式3；
数据格式：数据程度8位大小，先发高位，再发低位（MSB）；
传输速度：支持标准模式104Mbit/s
地址范围：0x0~0xFFFFFF
3.3 电路连接
（1）CS：输入片选信号，这里可以选择任意一个GPIO口，电平拉低则表示选中该芯片；
（2）SO：信号输出，连接STM32的输入；
（3）WP：写保护，接3.3V可读可写，当拉低时只可读；
（4）HOLD：暂停通讯；
（5）CLK：时钟输入（接SCK）；
（6）SI：数据输入（接MOSI）。
3.4 NM258Q128常用指令
（1）写使能(0x06)：写入数据/擦除之前，必需先发送该指令；
（2）读SR1(0x05)：判定FLASH是否处于空闲状态；
（3）读数据(0x03)：用于读取NOR FLASH数据；
（4）页写(0x02)：用于写入NOR FLASH数据，最多写256字节；
（5）扇区擦除(0x20)：扇区擦除指令，最小擦除单位4096字节；
（6）状态寄存器1：BUSY位（0空闲状态，硬件自动清除；1当前处于忙碌状态），WEL位（执行WriteEnable指令该位为1，0则写禁止）
3.5 输入输出序列
（1）写使能（06H）
片选线CS拉低（发送脉冲）->主机发送06h->拉高片选
（2）读状态寄存器1（05H）
拉低CS片选（发送脉冲）->发送05h->返回SR1的值
（3）读时序
拉低CS片选（发送脉冲）->发送03h->发送24位地址（分3次）->读取数据1（继续给予时钟信号，可以往后一直读）->拉高片选
（4）页写时序（02H）
拉低片选（发送脉冲）->发送02H->发送24位地址->发送数据1（可以不拉高给时钟持续写，最多传输256个字节）->拉高片选
（5）扇区擦除时序（20H）
写入数据前，检查内存空间情况是否满足，不满足需擦除
3.6 状态寄存器表
0位(BUSY)：0空闲状态（硬件自动清楚），1处于忙碌状态；
1位(WEL)：0写禁止，1可以写/擦除
3.7 NOR FLASH基本驱动步骤
SPI配置步骤：
（1）SPI工作参数配置初始化（工作模式、时钟极性、时钟相位等，HAL_SPI_Init）；
（2）使能SPI时钟和初始化相关引脚（GPIO设为复用推挽输出模式，HAL_SPI_MspInit）；
（3）使能SPI（__HAL_SPI_ENABLE）；
（4）SPI传输数据（HAL_SPI_Transmit发送数据、HAL_SPI_Receive接收数据、HAL_SPI_TransmitRecieve进行发送与接收）；
（5）设置SPI传输速度（操作SPI_CR11寄存器中的波特率控制，修改前需失能SPI，。修改完后再使能）
3.8 程序编写
（1）spi.c文件编写
#include "./BSP/SPI/spi.h"
SPI_HandleTypeDef g_spi1_handler; /* SPI1句柄 */
void spi1_init(void) /*定义SPI初始化函数*/
{
g_spi1_handler.Instance=SPI1_SPI; /*选择SPI1*/
g_spi1_handler.Init.Mode=SPI_MODE_MASTER; /*选用作为主机*/
g_spi1_handler.Init.Direction=SPI_DIRECTION_2LINES; /*双线全双工*/
g_spi1_handler.Init.DataSize=SPI_DATASIZE_8BIT; /*进行8位传输*/
g_spi1_handler.Init.CLKPolarity=SPI_POLARITY_HIGH; /*设置时钟极性*/
g_spi1_handler.Init.CLKPhase=SPI_PHASE_2EDGE; /*设置时钟相位*/
g_spi1_handler.Init.NSS=SPI_NSS_SOFT; /*选择片选方式为软件*/
g_spi1_handler.Init.BaudRatePrescaler=SPI_BAUDRATEPRESCALER_64; /*设置SPI分频，103为72mHz/分频数*/
g_spi1_handler.Init.FirstBit=SPI_FIRSTBIT_MSB; /*设置高位先传*/
g_spi1_handler.Init.TIMode=SPI_TIMODE_DISABLE; /*设置帧格式*/
g_spi1_handler.Init.CRCCalculation=SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; /*关闭CRC校验*/
g_spi1_handler.Init.CRCPolynomial=7; /*设置CRC校验多项式*/
HAL_SPI_Init(&g_spi1_handler); /*对SPI进行初始化*/
}
void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi) /*定义SPI回调函数*/
{
SPI1_SPI_CLK_ENABLE(); /*SPI时钟使能*/
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct; /*SPI引脚初始化结构体*/
if (hspi->Instance == SPI1_SPI) /*判断是否为SPI1*/
{
SPI1_SCK_GPIO_CLK_ENABLE(); /* SPI1_SCK角时钟使能 */
SPI1_MISO_GPIO_CLK_ENABLE(); /* SPI1_MISO角时钟使能 */
SPI1_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE(); /* SPI1_MOSI角时钟使能 */
/* SCK引脚模式设置（复用输出） */
gpio_init_struct.Pin = SPI1_SCK_GPIO_PIN; /*GPIOB,SCK时钟信号，PIN3*/
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; /*推挽复用。可输出高低电平*/
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /*内部上拉，默认是高电平*/
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
gpio_init_struct.Alternate = GPIO_AF5_SPI1;
HAL_GPIO_Init(SPI1_SCK_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
/* MISO引脚模式（复用输出） */
gpio_init_struct.Pin = SPI1_MISO_GPIO_PIN;
HAL_GPIO_Init(SPI1_MISO_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
/* MOSI引脚模式（复用输出） */
gpio_init_struct.Pin = SPI1_MOSI_GPIO_PIN;
HAL_GPIO_Init(SPI1_MOSI_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
}
}
uint8_t spi1_read_write_byte(uint8_t txdata) /*定义读写函数,txdata为要写入的数据*/
{
uint8_t rec_data=0; /*定义要写入的数据*/
HAL_SPI_TransmitReceive(&g_spi1_handler, &txdata, &rec_data, 1, 1000); /*长度1字节，1000为超时时间*/
return rec_data;
}
（2）spi.h编写
#ifndef __SPI_H
#define __SPI_H
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
/******************************************************************************************/
/* SPI1 引脚 定义 */
#define SPI1_SCK_GPIO_PORT GPIOB
#define SPI1_SCK_GPIO_PIN GPIO_PIN_3
#define SPI1_SCK_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PB口时钟使能 */
#define SPI1_MISO_GPIO_PORT GPIOB
#define SPI1_MISO_GPIO_PIN GPIO_PIN_4
#define SPI1_MISO_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PB口时钟使能 */
#define SPI1_MOSI_GPIO_PORT GPIOB
#define SPI1_MOSI_GPIO_PIN GPIO_PIN_5
#define SPI1_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PB口时钟使能 */
/* SPI1相关定义 */
#define SPI1_SPI SPI1
#define SPI1_SPI_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE(); }while(0) /* SPI1时钟使能 */
void spi1_init(void);
uint8_t spi1_read_write_byte(uint8_t txdata);
#endif
（3）norflash.c程序编写
#include "./BSP/SPI/spi.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/NORFLASH/norflash.h"
void norflash_init(void) /*初始化芯片函数*/
{
NORFLASH_CS_GPIO_CLK_ENABLE(); /*NORFLASH CS角 时钟使能*/
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct; /* 定义引脚初始化结构体 */
gpio_init_struct.Pin=NORFLASH_CS_GPIO_PIN; /* 片选引脚为.h文件定义引脚 */
gpio_init_struct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP; /* 输出模式为推挽输出 */
gpio_init_struct.Pull=GPIO_PULLUP; /* 设定输出为上拉模式，即空闲为高电平 */
gpio_init_struct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /*高速模式，25mHz~100mHz */
/* 初始化片选引脚 */
HAL_GPIO_Init(NORFLASH_CS_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
spi1_init(); /* 初始化spi1 */
spi1_read_write_byte(0xFF); /* 清楚DR（数据寄存器，存放发送和接收的数据）作用 */
NORFLASH_CS(1); /* 默认情况拉高片选 */
}
/* NORFLASH 的读函数 */
uint8_t norflash_read_data(uint32_t addr) /* addr为要读取数据的地址 */
{
uint8_t rec_data=0; /* 接收数据 */
NORFLASH_CS(0); /* 拉低片选 */
/* 发送读命令 */
spi1_read_write_byte(0x03); /* 读命令 */
/* 发送地址 地址为24位 分三次发送 */
spi1_read_write_byte(addr >> 16); /* 发送高8位 */
spi1_read_write_byte(addr >> 8); /* 发送中8位 */
spi1_read_write_byte(addr); /* 发送低8位 */
/* 读取数据 */
rec_data=spi1_read_write_byte(0xFF); /* 发送空字节，接收数据 */
NORFLASH_CS(1); /* 接收完数据拉高 */
return rec_data;
}
/* 判断是否空闲函数 */
uint8_t norflash_sr1(void) /* 读取状态寄存器1的值 */
{
uint8_t rec_data;
NORFLASH_CS(0); /* 拉低电平使能 */
spi1_read_write_byte(0x05); /* 输入读取SR1指令 */
rec_data=spi1_read_write_byte(0xFF); /* 读取SR1的值 */
NORFLASH_CS(1);
return rec_data;
}
/* 擦除扇区 */
void norflash_erase_sector(uint32_t addr)
{
/* 写使能 */
NORFLASH_CS(0); /* 拉低电平使能 */
spi1_read_write_byte(0x06); /* 输入擦除指令 */
NORFLASH_CS(1);
/* 等待空闲 */
while(norflash_sr1()&0x01); /* 等到0时，即空闲时执行下条 */
/* 发送扇区擦除指令 */
NORFLASH_CS(0); /* 拉低电平使能 */
spi1_read_write_byte(0x20); /* 发送擦除指令 */
spi1_read_write_byte(addr >> 16); /* 发送高8位 */
spi1_read_write_byte(addr >> 8); /* 发送中8位 */
spi1_read_write_byte(addr); /* 发送低8位 */
NORFLASH_CS(1);
while(norflash_sr1()&0x01); /* 等到0时，即空闲时执行下条 */
}
static void norflash_write_page(uint8_t data, uint32_t addr)
{
/* 擦除扇区 */
norflash_erase_sector(addr);
/* 写使能 */
NORFLASH_CS(0); /* 拉低电平使能 */
spi1_read_write_byte(0x06); /* 输入擦除指令 */
NORFLASH_CS(1);
/* 发送页写指令 */
NORFLASH_CS(0); /* 拉低电平使能 */
spi1_read_write_byte(0x20); /* 发送擦除指令 */
spi1_read_write_byte(addr >> 16); /* 发送高8位 */
spi1_read_write_byte(addr >> 8); /* 发送中8位 */
spi1_read_write_byte(addr); /* 发送低8位 */
spi1_read_write_byte(data); /* 发送要写入的数据 */
NORFLASH_CS(1);
}
（4）norflash.h程序编写
#ifndef __norflash_H
#define __norflash_H
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
/******************************************************************************************/
/* NORFLASH 片选 引脚 定义 */
#define NORFLASH_CS_GPIO_PORT GPIOB
#define NORFLASH_CS_GPIO_PIN GPIO_PIN_14
#define NORFLASH_CS_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PB口时钟使能 */
/******************************************************************************************/
/* NORFLASH 片选信号 0拉低，1拉高*/
#define NORFLASH_CS(x) do{ x ? \
HAL_GPIO_WritePin(NORFLASH_CS_GPIO_PORT, NORFLASH_CS_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
HAL_GPIO_WritePin(NORFLASH_CS_GPIO_PORT, NORFLASH_CS_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
}while(0)
/* 静态函数 */
static void norflash_write_page(uint8_t data, uint32_t addr);
//static void norflash_wait_busy(void); /* 等待空闲 */
//static void norflash_send_address(uint32_t address);/* 发送地址 */
//static void norflash_write_nocheck(uint8_t *pbuf, uint32_t addr, uint16_t datalen); /* 写flash,不带擦除 */
/* 普通函数 */
void norflash_init(void); /*初始化芯片函数*/
void norflash_erase_sector(uint32_t addr); /* 扇区擦除 */
uint8_t norflash_sr1(void); /* 读取状态寄存器1的值 */
uint8_t norflash_read_data(uint32_t addr); /* addr为要读取数据的地址 */
#endif
（5）main.c 程序编写
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./BSP/NORFLASH/norflash.h"
/* 要写入到FLASH的字符串数组 */
const uint8_t g_text_buf[] = {"STM32 SPI TEST"};
#define TEXT_SIZE sizeof(g_text_buf) /* TEXT字符串长度 */
int main(void)
{
uint8_t key;
uint16_t i=0;
HAL_Init();
sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟，72Mhz */
delay_init(72); /* 延时初始化 */
usart_init(115200); /* 串口初始化115200 */
key_init(); /* 初始化按键 */
norflash_init(); /* norflash初始化 */
uint8_t rec_data=0;
while(1)
{
key=key_scan(0);
if(key==KEY1_PRES) /* 按键按下 */
{
norflash_write_page('A',0x123456); /* 地址范围0~0xFFFFFF */
printf("write finish \r\n");
}
if(key==KEY0_PRES) /* 按键按下 */
{
rec_data=norflash_read_data(0x123456); /* 地址范围0~0xFFFFFF */
printf("read finish \r\n");
}
}
}原文地址：https://blog.csdn.net/qq_35379989/article/details/144089197
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