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【经验分享】STM32接口篇之SPI接口和W25Q16初始化详解

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STMCU小助手 发布时间:2022-2-10 21:34
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。
1 n! x. P7 l3 a: v; U2 a) F4 _9 Y
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+ e- i2 B/ J' ~8 o

2 |5 m2 ]6 X* |1 ]3 V- g0 N6 ^8 Y8 @, x( i  }, A' r
1 硬件电路说明
(1)=关键原理图

3 J& ?+ B7 L* H" ^. F, |* j% |
FLASH芯片接口图

2 b; _0 O! @# B# a" |. |3 j0 {) Z
I5E69S_9V@F7BQ@0H]IXX`T.png

$ w& g9 g. J1 w( p6 u3 x" X
GPIO接口图
{3LFE}L%ES[N3L0$B89D(BC.png

# L' @- k" w/ ^
(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
`P}TBKW{T%LWDLCHN0`W_MJ.png
+ q  |- G* l; d$ F5 g
  X3 _  \. K+ H8 O8 E$ R3 T
  
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。

  @/ H) m" l% s& n2 x" y
(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。
/ Z% X% i1 e( j& X) K, i0 q4 K5 A

- o8 m' G3 a* r: ^
2 初始化程序分析(1)   代码展示5 q) G( x9 d" r0 p) F$ F
void SPI1_Init(void)3 E( D/ I$ I7 {+ S
{                 7 a8 H3 X. _  A* Q: R
GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;         4 ^) y' r* t7 \& _  }9 w8 _* ~4 s. c
SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;         
3 x) h; ?* q# X; \* T5 K$ DRCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);//使能GPIOB时钟        
* m! z" C3 {( {& F1 K; u! c$ XRCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);//使能SPI1时钟         - G" @8 [8 l' e+ p+ ~4 h
//GPIOFB3,4,5初始化设置         
; |3 P8 x& a6 L- K- y# i% ?GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5;        , O- z' q, q8 Z4 Q- ]+ z' d8 k
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_AF;//复用功能        
* Y! \& g/ d# SGPIO_InitStructure.GPIO_OType= GPIO_OType_PP;//推挽输出         3 b) d7 m, x+ r# T+ J
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_100MHz;//100MHz        ) @/ X' ?: n5 @- l, _6 W7 ]
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd= GPIO_PuPd_UP;//上拉         1 Z! k2 c4 a6 i; e. G/ a& q
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);//初始化        : Q5 d" n; ~* y
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_SPI1);//PB3复用为 SPI1         
  P5 C' v( I: o% d! N) SGPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource4,GPIO_AF_SPI1);//PB4复用为 SPI1        . i9 |" j3 Z( G# x
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1);//PB5复用为 SPI1              
: N9 A. t" @! p% l7 {# ]RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);//复位SPI1        
. O. g0 z  t1 L  `RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,DISABLE);//停止复位SPI1         / B. i8 r9 w# J. o. w
SPI_InitStructure.SPI_Direction= SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;           6 k) B2 k4 n& i  d
SPI_InitStructure.SPI_Mode= SPI_Mode_Master;                   //设置SPI工作模式:设置为主SPI         
! ]0 [1 D6 g3 C! r8 Q' p5 C; mSPI_InitStructure.SPI_DataSize= SPI_DataSize_8b;                          
; W; ?6 _1 A* I; B+ Y# r1 c2 ^SPI_InitStructure.SPI_CPOL= SPI_CPOL_High;                          
4 b8 G( B3 A, S# l8 j& H4 Q+ C% ?SPI_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         
; p0 G# ~( {- [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         # T9 M$ |9 D- a, q7 I" }! S
SPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure);        - v& m2 \9 c* ^8 J8 O  {
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设         
6 v4 |5 ~. V, \SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输            ; a2 O2 |6 ^2 c8 m3 ?, ~
}     
" ], ?% N6 U: A" r7 |9 M. ~( f# Q! C
void W25QXX_Init(void){     5 l$ g! g8 B/ U
GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;   
5 f7 u4 P# x- ^: T9 bRCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);//使能GPIOB时钟6 d' ^# {6 C( D; m" ]) j
//GPIOB0    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_0;//PB0   
  [( C  e- z5 W% P& BGPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_OUT;//输出   4 g1 d' z6 N# C7 t
GPIO_InitStructure.GPIO_OType =GPIO_OType_PP;//推挽输出   + u2 N  _) f& X* L& b* a* S
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_100MHz;//100MHz   
5 K. w# t3 e6 H% }GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd =GPIO_PuPd_UP;//上拉   6 b; F+ c8 `& W8 B/ n
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化         4 ]. G- u  h0 r0 @: ]1 Z  a6 H
W25QXX_CS=1;                           //SPI FLASH不选中        
0 i8 R# ]/ [) r2 MSPI1_Init();                                         //初始化SPI         
) s8 H1 A1 h. }0 S  H4 BSPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_2);             //设置为42M时钟,高速模式         0 T: O. |  A9 X
W25QXX_TYPE=W25QXX_ReadID();        //读取FLASH ID.
# k" g+ x0 h8 E5 \( _}  : q6 q! N) E8 ^& C# s8 I
(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: HP}@27X9@QD5A7XM6KLU_A8.png 1 {1 G# l& w& e  M# q6 L7 G+ i

* j9 O1 N- g3 ?/ E, t- o! N5 ~
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。) P7 H+ Y4 j* a" {5 K6 B, t3 M
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;
, a7 G9 V, z+ g' ^; M: q0 PSPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;& }/ n, o  o# X$ u
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。
: m, M. _. E" g* P7 L" Ql  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOB时钟" J2 ]$ E, N# ^" A0 S
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);//使能SPI1时钟
( O8 c, W: K" o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》
& F" e8 W4 m* L6 }, vl  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5;6 Z! P8 O3 Z# d3 V1 j
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_AF;//复用功能         - E6 w& L- t( V
GPIO_InitStructure.GPIO_OType= GPIO_OType_PP;//推挽输出         
4 b8 q- O1 ^- k' a9 w. CGPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_100MHz;//100MHz         
0 B$ s8 ?- u! `2 mGPIO_InitStructure.GPIO_PuPd= GPIO_PuPd_UP;//上拉GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

- `' f! R! f8 x; m+ C4 G//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》。

4 R7 o/ G2 e( Q2 N& c4 l# _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: |* {! n7 c$ C9 {, L  |4 x% K
SPI1GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1);//PB5复用为 SPI1
1 A" _+ S# H5 f( w% n& R$ u7 ?
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》。
$ l' X5 @# E9 W9 e% Q& l  A
l  RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);        - ]0 ^' h$ ]# T+ v. I& 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;           
6 X; x; l5 m5 T5 Y4 A" ~; F  z* ?SPI_InitStructure.SPI_Mode= SPI_Mode_Master;                   //设置SPI工作模式:设置为主SPI        4 i9 X. L6 c8 ~. J" s% w, d
SPI_InitStructure.SPI_DataSize= SPI_DataSize_8b;                          
, u/ N( L4 T% o$ q* ?SPI_InitStructure.SPI_CPOL= SPI_CPOL_High;                          
! T" `, v7 W6 b( \* d, sSPI_InitStructure.SPI_CPHA= SPI_CPHA_2Edge;            $ k1 ?1 K) `3 @( G9 N
SPI_InitStructure.SPI_NSS= SPI_NSS_Soft;                       / y' P. K: P' r4 g' C5 F
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler= SPI_BaudRatePrescaler_256;                           * M( l" t+ v7 T, K0 W
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit= SPI_FirstBit_MSB;                  
$ @8 q7 Z) F7 @5 ySPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial= 7;      //CRC值计算的多项式         - y) V0 k. e8 X* x. m0 r* T
SPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure);   
   % w% d0 r6 ~6 x6 i  W
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:) ]( l0 G' B$ _8 H/ r; ?- a# ^
Ø  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。" Z8 _  F* b8 n) J4 T
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。; u( T1 y  c; {
Ø  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。
, [0 O' Z2 z  ]' IØ  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。
3JMMP)P46M%1OA8G)0WFC9T.png
图1:SPI MODE3时序图

: n) ~1 f) L+ ?, P3 W! f
EFS4H%C)ZCAY~S5GEM)6B@V.png 7 c9 R9 m3 s  r8 j: ~* C; W% F$ S
图2
9 ]7 m" t. U- |
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。$ p; l9 S1 a6 L% C# k
Ø  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。
3 \* k* b& F/ e. z %IH74PDFQ}Z7`EPZE0Q6XT5.png
7 y* v' O+ T( e* s2 T      
" u/ o% S) f* e9 p2 k) `3 h7 uØ  第九行配置SPI的CRC校验多项式为7, ^, ]- Z. K7 S( v3 ~5 A! H, e
Ø  第十行调用SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);对SPI1接口进行初始化。0 E+ h! _+ w; E4 H: \# U. O
l  SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输  
4 o8 d- @% B" e; R8 G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。
( P2 ?0 l+ J: j0 q9 y6 B# T
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