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STM32接口篇之SPI接口

                                                        ---SPI接口操作FLASH存储芯片W25Q16初始化代码详细分析

我的其它两篇帖子请参考：
STM32库函数注释翻译，每个函数使用说明及使用示例
STM32库函数翻译，每个函数说明及示例-RCC（时钟）篇（上）


文档目的：

学习STM32F4的SPI接口和FLASH存储芯片W25Q16，通过对初始化代码分析，更好的了解STM32中SPI接口编程中的一些关键知识点。

, _! m. U- i- W

学习素材：

l  W25Q16数据手册

l  电路原理图

l  STM32F4应用手册

针对W25Q16的SPI接口初始化代码

7 ?  ^% w& h/ A& t; @

1 硬件电路说明

（1）=关键原理图

+ D# b/ @# W! D; b$ i) D; r: O

FLASH芯片接口图

1 m! M$ l% f. ~

+ W, w& a9 U* N  U

( U, R0 o  @0 g7 ~6 U* ]

GPIO接口图

（2）   原理图说明

首先我们看到上面第一个图，第一个图展示了W25Q16的原理图信息，我们配合W25Q16的数据手册（第六页 见下图），我们分析具体IO的连接和功能，分析结果见下表

" T0 v- t5 @4 C  A2 q+ r1 X& U- U0 ^

管脚号	名称	连接的io或者信号	功能
1	CS	PB0（不复用）	片选信号 该信号低有效  即当该信号为低电平的时候对W25Q16的操作是有效的
2	DO	PB4（复用SPI1_MOSI或者SPI3_MOSI）	数据输出信号
3	WP	3.3V	写保护输入 当该信号为低电平是开启写保护  无法写入数据 从图中我们可以看出 这个管脚直接接在高电平3.3V上面 始终不开启写保护（不过做一个上拉应该会更好）
5	DI	PB5（复用SPI1_MISO或者SPI3_MISO）	数据输入信号
6	CLK	PB3(复用SPI1_CLK或者SPI3_CLK)	时钟信号

注意：配合（1）中的GPIO接口图，我们可以得到具体IO的复用方法，在上表中已经给出。

（3）   编程需求

通过上表的分析，我们可以得出如下编程需求：

l  PB3（CLK）,PB4（MOSI）,PB5(MISO)初始化为复用功能（可以使用复用SPI接口或者SPI3接口,因为SPI1和SPI3控制器的相关引脚都在这三个IO上，见GPIO接口图）

l  PB0初始化为普通IO，该IO的功能是在操作SPI接口的时候，拉低该IO，操作结束以后，拉高该IO。

l  初始化配置SPI控制器，该控制器的初始化要配合W25Q16芯片手册进行。

2 初始化程序分析（1）   代码展示
void SPI1_Init(void)
{                 
GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;         
7 \' a  o$ C4 D0 O( ?SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;         
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);//使能GPIOB时钟        
9 t3 _! Q; E6 G RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);//使能SPI1时钟         
4 u4 G: l: g) N# a8 `+ F//GPIOFB3,4,5初始化设置         
0 F5 g* ~4 l; o8 |; P4 T! [GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5;        
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_AF;//复用功能        
( w; Y. k- W! ~2 F  X% y; W6 d" I" G GPIO_InitStructure.GPIO_OType= GPIO_OType_PP;//推挽输出         
# Y/ M9 T6 _: \0 S) v/ RGPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_100MHz;//100MHz        
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd= GPIO_PuPd_UP;//上拉         
" F6 U( _/ n- eGPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);//初始化        
5 t: ?: \# _. F: u! O" } GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_SPI1);//PB3复用为 SPI1         
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource4,GPIO_AF_SPI1);//PB4复用为 SPI1        
$ c, q" g) V; r6 Z2 X GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1);//PB5复用为 SPI1              
. P1 t* l- G" ^5 Y RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);//复位SPI1        
+ k- q1 [9 J6 K6 V; u( Z7 w1 m RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,DISABLE);//停止复位SPI1         
SPI_InitStructure.SPI_Direction= SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;           
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;                          
+ z2 L$ ~) F4 xSPI_InitStructure.SPI_CPOL= SPI_CPOL_High;                          
/ G0 o, `/ f  TSPI_InitStructure.SPI_CPHA= SPI_CPHA_2Edge;   //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样         
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         
5 [9 C8 G7 n* `! f: C, I1 zSPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure);        
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设         
SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输            
}     
% ^6 |; e. u/ K* {" L
/ j6 `; y3 {0 B. x+ T# evoid W25QXX_Init(void){     
GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;   
7 E& L$ {( G. k. p) H0 Q% qRCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);//使能GPIOB时钟
//GPIOB0    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_0;//PB0   
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_OUT;//输出   
GPIO_InitStructure.GPIO_OType =GPIO_OType_PP;//推挽输出   
! B9 H6 J" E7 |: d+ S* o. BGPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_100MHz;//100MHz   
9 P1 J" }* a8 s/ H& g/ v9 U9 wGPIO_InitStructure.GPIO_PuPd =GPIO_PuPd_UP;//上拉   
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化         
% t. u1 a) P- b! z. bW25QXX_CS=1;                           //SPI FLASH不选中        
SPI1_Init();                                         //初始化SPI         
SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_2);             //设置为42M时钟,高速模式         
  `! w. V: d3 @% |: L& n W25QXX_TYPE=W25QXX_ReadID();        //读取FLASH ID.
}  
（2）   代码分析1．  初始化代码总体分析由展示的代码，我们可以看出，对W25Q16的初始化主要使用了两个函数，主要调用函数void W25QXX_Init(void)对W25Q16进行初始化，而该函数又调用了SPI1_Init()函数对SPI1接口进行初始化。代码主要流程图如下：
4 F/ Q- W, N- b& X9 q# b
5 \4 Z1 x, Y5 L8 O' B( `/ @8 d通过以上流程图，我们可以看出对W25Q16的初始化，主要是初始化SPI接口。下面对代码具体说明。
2．  代码详细分析（我们主要分析SPI1接口的初始化函数）我们先分析函数voidSPI1_Init(void)，对该函数里面的没一行代码进行详细说明l  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
& V6 g/ R# P5 o( i3 O7 zSPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;
代码分析：首先定义了两个结构体变量，这两个结构体的类型定义在GPIO和SPI的库函数中，主要作为GPIO和SPI初始化调用的参数，我们一会详细分析。
% i* v  R! ?! Vl  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOB时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);//使能SPI1时钟
代码分析：STM32有着强大且细分的时钟系统，我们可以单独的对每一个控制器的时钟进行使能，这样可以更好的降低功耗。因此，这两句分别使能GPIOB和SPI1的时钟。关于时钟库函数的说明，请看我的《STM32库函数说明及示例-RCC篇》
, N$ ?. f" L) i0 ^6 M( S3 g9 Wl  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_AF;//复用功能         
' X  D) v! L0 i  ]3 VGPIO_InitStructure.GPIO_OType= GPIO_OType_PP;//推挽输出         
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_100MHz;//100MHz         
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd= GPIO_PuPd_UP;//上拉GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

//初始化代码分析：这几行代码主要是初始化结构体参数GPIO_InitStructure，该参数指定了GPIO的一些具体的配置，注意第二行代码，我们把PB3，PB4和PB5设置成复用功能。第三行我们采用推挽输出，可以得到更大的驱动能力。第四行我们把IO的最大翻转速度配置成100MHZ，因为考虑PB3作为SPI的时钟口，最高的频率可达42MHZ。其它关于GPIO库函数GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure)的详细解释，请见我的《STM32库函数说明及示例-GPIO篇》。

l  GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_SPI1); //PB3复用为 SPI1         GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource4,GPIO_AF_SPI1);//PB4复用为
SPI1GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1);//PB5复用为 SPI1

代码分析：以上三行实现管脚复用功能的具体配置，我们分别把PB3，PB4和PB5配置成SPI1接口的复用功能。关于该函数的详细说明，请见我的《STM32库函数说明及示例-GPIO篇》。

6 r- p4 D, o- `6 O) cl  RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);        
% C) r6 A. k- Q; ~ RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,DISABLE);         对SPI1接口的时钟进行复位，以便进行SPI接口的初始化操作l  SPI_InitStructure.SPI_Direction =SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;           
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;                          
5 J! U& W. A3 X/ o7 y4 ?SPI_InitStructure.SPI_CPOL= SPI_CPOL_High;                          
! S  V- V3 p5 F0 A# oSPI_InitStructure.SPI_CPHA= SPI_CPHA_2Edge;            
% T" M  a+ H. Z& F- q4 pSPI_InitStructure.SPI_NSS= SPI_NSS_Soft;                       
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler= SPI_BaudRatePrescaler_256;                           
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit= SPI_FirstBit_MSB;                  
) `- J9 i( ^- e8 J, O: nSPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial= 7;      //CRC值计算的多项式         
2 g, i! ^" I1 O5 A2 w% O" ZSPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure);   

   
6 @$ k; e& A0 H) B* K) e+ Q代码分析：这一段代码是SPI接口初始化的关键代码，在该代码中，对结构体变量SPI_InitStructure里面的成员变量进行了初始化。以下分别进行说明：
5 g7 M. z- m: KØ  第一行使用宏SPI_Direction_2Lines_FullDuplex将SPI接口配置成双线全双工模式，因为硬件接口使用了输入和输出两个IO，所以应该是双线模式，而且W25Q16的数据是在收发两个方向同时传输，所以是全双工模式。
Ø  第二行设置STM32的SPI接口工作在主模式（SPI_Mode_Master）。因为读写数据的请求都是由STM32主动发出，所以是主设备。这里，大家要搞清楚主从设备的区别，通信的发起方就是主设备。
) c" @9 n4 }& e/ aØ  第三行设置数据长度为8位（SPI_DataSize_8b），因为W25Q16的最小传输数据单位（或者说每个地址对应的数据是1个字节）是1个字节。1个字节是8位，所以选择8位。
Ø  第四行和第五行分别设置极性和相位为SPI_CPOL_High和SPI_CPHA_2Edge。SPI_CPOL_High表示时钟的初始电平位高电平，SPI_CPHA_2Edge表示在第二个边沿进行数据采样（见下图1）。这样的组合是SPI数据传输模式中的模式3。根据W25Q16的数据手册，W25Q16支持MODE0（MODE0是SPI的初识电平为低电平，在第一个边沿进行数据采样配置组合是SPI_CPOL_Low，SPI_CPHA_1Edge）和MODE3。请见图2黄色部分。因此这里我们选择MODE3，当然选择MODE0也是可以的。

图1：SPI MODE3时序图

3 l- H' S$ i+ B( _

2 r5 l( N. h) s' p8 V图2

Ø  第六行设置SPI_NSS信号，由软件产生。因为我们没有使用硬件NSS信号，所以选择由软件产生NSS信号。大家注意我们的CS管脚是连接到普通IO上面的，因此没有使用硬件NSS。
' E( ^1 p/ B  iØ  第七行配置SPI时钟的分频值为256（SPI_BaudRatePrescaler_256），因此实际的时钟值是APB2的时钟/256 Ø  第八行配置SPI的第一位是最高有效位（SPI_FirstBit_MSB）。这个也是和W25Q16相关的。请见下图红色箭头部分。

- F, }6 T" d" |; V) B# b3 x8 G      
Ø  第九行配置SPI的CRC校验多项式为7
4 b: g8 G8 V0 CØ  第十行调用SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);对SPI1接口进行初始化。
* z! _, I6 T; |8 n+ tl  SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输  
* O$ A$ o# `$ F9 _5 f以上第一行使能SPI接口，第二行使用SPI接口写入一个0XFF，以启动数据的传输。相当于启动数据发送器。

& v4 I4 x% N8 c3 A1 o
  t- O+ R  A9 P% o9 P1 j

我有个疑问哈，以上芯片资料上的截图中，写操作在时钟上升沿，读操作在时钟下降沿。楼主的配置中SPI_InitStructure.SPI_CPOL= SPI_CPOL_High;                          
SPI_InitStructure.SPI_CPHA= SPI_CPHA_2Edge;   
* @; F) O2 f6 d' T0 m这个是上升沿有效，那么怎么同时保证读和写两个操作都可行的呢？

- `( d1 ~! B. y- D; }6 k; I
发新贴了 SPI接口和W25Q16 请大家一起学习分享 有什么问题请及时提出
我的其它两篇帖子请参考
STM32库函数注释翻译，每个函数使用说明及使用示例
https://www.stmcu.org.cn/module/forum/thread-607584-1-1.html
" e$ T- ?/ ~+ W% j! ]$ ^8 MSTM32库函数翻译，每个函数说明及示例-RCC（时钟）篇（上）
7 p& r. p  @) o# M& \https://www.stmcu.org.cn/module/forum/thread-607608-1-2.html

以前用STM25P32没出现过问题，现在改用W25Q32，居然出问题了，偶尔初上电时读数据错误。再等闲学习下。

好文章，正准备学STM32的SPI的使用

谢谢分享。

谢谢分享

楼主，你的2.5 引脚的MOSI和MISO 弄反了吧

楼主，你的2.5 引脚的MOSI和MISO 弄反了吧

yimao111 发表于 2017-5-16 10:55
楼主，你的2.5 引脚的MOSI和MISO 弄反了吧

0 x' e- g' N! ^% p他用io模拟，你管得着！

多谢楼主，辛苦了

楼主，您把整个源代码发出来给我们学习好不好？谢谢了！

楼主，艾汇思朋友，晚上好！建议个人努力把代码努出来，发给楼主点评，相互交流，相互进步！！我们一起来...

楼主为什么我用模式0，就不能读啦呢。

只能回一个下一个了、

yimao111 发表于 2017-5-16 10:55
楼主，你的2.5 引脚的MOSI和MISO 弄反了吧

! f" {& m6 F8 R' C没有反，是正确的
) F$ v* M  ^- ~

谢谢分享，资料很有用
# h# Y8 K/ L" _" w& R  q1 O