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day15 SPI

news 2025/8/5 11:01:04

1串行外设接口概述

1.1基本概念

SPI（串行外设接口）是一种高速、全双工、同步的串行通信协议。串行外设接口一般是需要4根线来进行通信（NSS、MISO、MOSI、SCK），但是如果打算实现单向通信（最少3根线），就可以利用这种机制实现一对多或者一对一的通信。

1.2引脚定义

SPI总线采用的环形结构，利用的是主从模式（主机---->从机）进行数据的传输，由于是同步通信，所以在主机发送数据的同时也会收到从机发送的数据。

如果主机不打算和从机进行数据的传输，应该让NSS引脚在空闲状态下处于高电平（表示不通信），如果打算和某个从机进行单独通信的话，则需要把从机对应的NSS引脚拉低。

片选引脚之间是“互斥”的，同一时刻只能有一个片选引脚为低电平。

主设备和从设备都有片选引脚NSS/CS,通过片选引脚来实现主设备和多个从设备之间的通信，NSS片选引脚可以由软件控制，也可以由硬件控制。

1.3工作模式

由于SPI外设是全双工同步通信，所以时钟信号就由SCK引脚来生成，SCK引脚只能由主设备控制，从设备是无法控制的，所以SCK引脚输出的脉冲信号的极性和相位就需要进行配置。

时钟相位CPHA：置1 第二个边沿采集置0 第一个边沿采集

时钟极性CPHL：置1 上升沿采样置0 下降沿采样

这两位可以得到四种不同的组合，就被作为SPI总线的工作模式（模式0~模式3），到底要选择哪种模式，主机的工作模式必须根据从设备的数据手册的说明进行设置。

1.4 数据格式

主机与从机在通信的过程中传输的数据时以bit为单位（串行传输），所以数据格式就十分重要，主机的数据格式必须要根据从机的数据格式进行设置（MSB或者LSB）。

1.5通信速率：

由图可知：SPI1挂载在APB2上，而APB1总线频率42MHZ，APB2总线频率84MHZ，BR寄存器用000模式下最多可以使用42MHZ频率，SPI2和SPI3也可以达到21Mbps，但是一些外围器件的通信速率最高也就是10Mbps左右，极少数可以超过10Mbps（W25Q128芯片）。

2SPI配置

2.1使用流程

可以参考stm32f4xx_spi.c的开头注释以及ST公司提供的代码例程，根据代码思路进行设计

===================================================================
##### How to use this driver #####
===================================================================
[..]
(#) Enable peripheral clock using the following functions
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE) for SPI1

1打开SPI外设的时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE) for SPI2
RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_SPI3, ENABLE) for SPI3
RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_SPI3, ENABLE) for SPI4
RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_SPI3, ENABLE) for SPI5
RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_SPI3, ENABLE) for SPI6.

(#) Enable SCK, MOSI, MISO and NSS GPIO clocks using RCC_AHB1PeriphClockCmd()
function.2打开GPIO的外设时钟

In I2S mode, if an external clock source is used then the I2S
CKIN pin GPIO clock should also be enabled.

(#) Peripherals alternate function:
(++) Connect the pin to the desired peripherals' Alternate Function (AF)
using GPIO_PinAFConfig() function④引脚功能复用
(++) Configure the desired pin in alternate function by:
GPIO_InitStruct->GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF配置复用模式
(++) Select the type, pull-up/pull-down and output speed via GPIO_PuPd,
GPIO_OType and GPIO_Speed members ③初始化GPIO
(++) Call GPIO_Init() function In I2S mode, if an external clock source is
used then the I2S CKIN pin should be also configured in Alternate
function Push-pull pull-up mode.
⑤配置SPI外设参数
(#) Program the Polarity, Phase, First Data, Baud Rate Prescaler, Slave
Management, Peripheral Mode and CRC Polynomial values using the SPI_Init()
function.
In I2S mode, program the Mode, Standard, Data Format, MCLK Output, Audio
frequency and Polarity using I2S_Init() function. For I2S mode, make sure
that either:
(++) I2S PLL is configured using the functions
RCC_I2SCLKConfig(RCC_I2S2CLKSource_PLLI2S), RCC_PLLI2SCmd(ENABLE) and
RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLI2SRDY); or
(++) External clock source is configured using the function
RCC_I2SCLKConfig(RCC_I2S2CLKSource_Ext) and after setting correctly
the define constant I2S_EXTERNAL_CLOCK_VAL in the stm32f4xx_conf.h file.

(#) Enable the NVIC and the corresponding interrupt using the function
SPI_ITConfig() if you need to use interrupt mode. 这个不用

(#) When using the DMA mode 这个不用
(++) Configure the DMA using DMA_Init() function
(++) Active the needed channel Request using SPI_I2S_DMACmd() function

(#) Enable the SPI using the SPI_Cmd() function or enable the I2S using
I2S_Cmd().⑥使能SPI

2.2代码展示

#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx_spi.h"
#include "stm32f4xx_gpio.h"
#include "stm32f4xx_rcc.h"

void SPI1_Init(void) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
SPI_InitTypeDef SPI_InitStruct;

// 1. 使能时钟
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);

// 2. 配置GPIO（复用功能）
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; // SCK, MISO, MOSI
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; // 复用模式
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; // 推挽输出
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

// 映射GPIO到SPI功能
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_SPI1); // SCK
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_SPI1); // MISO
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_SPI1); // MOSI

// 3. 配置片选引脚（PA4，普通GPIO输出）
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4); // 默认拉高（不选中）

// 4. 配置SPI参数
SPI_InitStruct.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; // 全双工
SPI_InitStruct.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; // 主模式
SPI_InitStruct.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; // 8位数据
SPI_InitStruct.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; // CPOL=0
SPI_InitStruct.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; // CPHA=0（模式0）
SPI_InitStruct.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; // 软件控制NSS
SPI_InitStruct.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8; // 时钟分频（APB2=84MHz时，SPI时钟=10.5MHz）
SPI_InitStruct.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; // MSB优先
SPI_InitStruct.SPI_CRCPolynomial = 7; // CRC多项式（默认值）
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStruct);

// 5. 使能SPI
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}

3应用：Flash闪存

3.1基本概念

开发板中板载的主控芯片是STM32F407ZET6，主控芯片内部搭载512K的Flash闪存，但是用户程序是需要下载到Flash闪存空间的，所以留给用户的操作空间并不大，就为了用户的数据存储，可以使用外部串行Flash闪存芯片，开发板上板载的外部Flash芯片的型号是W25Q128，具体的特点如下图：