
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 o3 V- g0 N6 ^8 Y8 @, x( i }, A' r 1 硬件电路说明 (1)=关键原理图 FLASH芯片接口图 ![]() 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 ![]() + q |- G* l; d$ F5 g X3 _ \. K+ H8 O8 E$ R3 T
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。 / Z% X% i1 e( j& X) K, i0 q4 K5 A2 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; RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);//使能GPIOB时钟 RCC_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 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 GPIO_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 GPIO_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 RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);//复位SPI1 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 SPI_InitStructure.SPI_DataSize= SPI_DataSize_8b; SPI_InitStructure.SPI_CPOL= SPI_CPOL_High; 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 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 SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输 ; a2 O2 |6 ^2 c8 m3 ?, ~ } 9 M. ~( f# Q! C void W25QXX_Init(void){ 5 l$ g! g8 B/ U GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_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 GPIO_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 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 SPI1_Init(); //初始化SPI SPI1_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. } : 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: ![]() 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; SPI_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。 l 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 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》 l 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 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: |* {! 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; 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; SPI_InitStructure.SPI_CPOL= SPI_CPOL_High; SPI_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; SPI_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。 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 ![]() 图2 9 ]7 m" t. U- | ( P2 ?0 l+ J: j0 q9 y6 B# TØ 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。 ![]() Ø 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 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。 |