STM32---SPI通信协议(小白入、含源码)

2024-06-20 16:28

本文主要是介绍STM32---SPI通信协议(小白入、含源码),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

写在前面:在单片机的学习过程中,各种通信协议的学习是必不可少的,在前面我们学习了串口通信、IIC通信,本节我们来认识一下SPI通信协议。包括其SPI基本概念、NORFLASH芯片的介绍以及相关的例程实验。

目录

一、SPI介绍

1.1什么是SPI?

1.2SPI结构框图

1.3SPI工作模式

 1.4SPI工作寄存器

二、NORFLASH介绍

2.1NOR FLASH简介

2.2NM25Q128简介

2.3NOR FLASH的工作时序

 三、硬件设计

四、程序设计

4.1SPI配置步骤

4.2NM25Q128配置步骤 

4.3相关代码

五、现象

一、SPI介绍

1.1什么是SPI?

        SPI全称为: Serial Peripheral interface;其中文翻译为:串行外设设备接口,是一种高速的、全双工的、同步的通信总线;

        我们前面学习了IIC通信,STM32---IIC通信协议(含源码,小白进)_stm32 iic-CSDN博客再此,将SPI同IIC做出对比:

SPIIIC
通信方式

同步、串行、全双工

同步、串行、半双工
总线接口MOSI、MISO、SCL、CSSDA、SCL
拓扑结构一主多从、一主一从多主从
从机选择片选引脚SDA设备地址片选
通信速率一般500MHz以下100KHz、400KHz、3.4MHz
数据格式8/16位8位
传输顺序MSB/LSBMSB

1.2SPI结构框图

相关引脚:

 MOSI:输出数据线;

 MISO:输入数据线;

 SCK:时钟线,由主设备产生。

 NSS/CS:从设备片选信号,由主设备产生。

STM32F103引脚对应SPI:

引脚SPI1SPI2SPI3
NSSPA4PB12PA15
CLKPA5PB13PB3
MISOPA6PB14PB4
MOSIPA7PB15PB5

SPI工作原理:

        在从机与主机内部都含有一个移位寄存器,主机通过它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。串行移位寄存器通过MOSI将字节按位进行传输给从机,从机也将自己的串行移位寄存器的内容通过MISO信号线返回给主机。这样,两个移位寄存器中的内容就能够发生交换。

        外设的写与读操作时同步进行的,如果只是写操作,主机可以忽略接受到的数据;如果只是读操作,则需要发送一个空字节引发进行从机传输。   

 SPI具有三种传输方式:全双工、半双工以及单工;

全双工通信,就是在任何时刻,主机与从机之间都可以同时进行数据的发送和接收。
单工通信,就是在同一时刻,只有一个传输的方向,发送或者是接收。
半双工通信,就是在同一时刻,只能为一个方向传输数据 。

1.3SPI工作模式

        在前面学习IIC通信时,STM32与具有IIC接口的设备进行通信时,必须遵循IIC的通信协议。那同理我们使用SPI接口进行通信时,也需要遵循对应的通信协议,也就是对应的读与写时序。SPI通信协议具有4种工作模式。

        首先,在学习4种工作模式之前,先了解两个概念:时钟极性(CPOL)与时钟相位(CPHA);

时钟极性:是指当主机没有数据传输时即空闲状态下,SCL线的电平状态;若空闲状态为高电平 ,CPOL为1;若空闲状态为低电平,则CPOL为0;

时钟相位:在同步通信时,数据的采集与变化都是在时钟边沿进行的,也称为边沿协议(了解边沿协议与电平协议的区别),那每个时钟周期具有两个边沿,分别为上升沿与下降沿,那么数据的变化与采样就安排在两个不同的边沿,由于数据的产生和采样需要一定的时间,那么如果我们在第一个边沿把数据输出了,从机只能在第二个边沿进行采样。

CPHA的实质是指:采样时刻,如果CPHA=0就表示采样是从第一个边沿信号进行采样的;如果是CPHA=1,则表示采样是在第2个边沿信号进行的。

        由于CPOL与CPHA都有两种状态,所以SPI分为4中工作模式:

SPI工作模式CPOLCPHASCL空闲状态采样边沿采样时刻
000低电平上升沿奇数边沿
101低电平下降沿偶数边沿
210高电平下降沿奇数边沿
311高电平上升沿偶数边沿

工作模式1时序图:

工作模式2时序图:

工作模式3时序图:

工作模式4时序图:

 1.4SPI工作寄存器

 在使用SPI时,我们所涉及的相关寄存器主要包括:

SPI_CR1(SPI控制寄存器):用于配置SPI工作参数;

SPI_SR(SPI状态寄存器):用于查询当前SPI传输状态;

SPI_DR(SPI数据寄存器):用于存放待发送的数据或者是接受到的数据;

1.SPI_CR1控制寄存器

CPHA:时钟相位——1;SCL空闲时刻为高电平;

CPOL:时钟极性——1;采样时刻为偶数边沿;

MSTR:主从设备选择——1;设置为主设备;

BR:波特率控制——111;速度设置为最低;

SPE:SPI使能——1;开启SPI设备;

LSBFIRST:帧格式——0;MSB先传输,高位在前,低位在后;

SMM:软件从设备管理——1:软件片选从设备;

RXONLY:只接受——0;全双工通信;

DFF:数据帧格式——0;采用8位数据帧格式;

2.SPI_SR状态寄存器

 该寄存器的主要作用:用于查询SPI状态,TXE与RXNE即发送完成和接收完成是否标记;

3.SPI数据寄存器

        该寄存器为SPI的数据寄存器,是一个双寄存器,包括了发送缓存与接受缓存。

二、NORFLASH介绍

2.1NOR FLASH简介

        FLASH是一种常见的用于存储数据的半导体器件,特点:容量大、可重复擦写、按“扇区/块”擦除、掉点后数据继续保存;分类:NOR FLASH与NAND FLASH;

特性NOR FLASHNAND FLASH
容量较小较大
成本较贵较便宜
擦除单元按扇区/块擦除按扇区/块擦除
读取速度较高较低
读写单元基于字节读写基于块读写
写入速度较低较高
集成度较低较高
介质类型随机存储连续存储
地址线与数据线独立分开公用
坏块较少较多
是否支持XIP支持不支持

NOR与NAND在数据写入之前都需要进行擦除操作

NOR FLASH的物理特性:只能由1写为0,不能由0写为1;所以写之前需要进行擦除,即使只写一个字节,也需要对整个扇区/块进行擦除;

NAND FLASH 对于由1写为0,由0写为1都需要进行擦除,此处不详细说明;

缺陷:FLASH也有对应的缺点:寿命短以及位翻转;

寿命短:FLASH的擦除次数是有限(10万次左右),当接近时,可能会出现写操作失败;

位翻转:数据位写入时为 1,但经过一定时间的环境变化后可能实际变为 0 的情况。

NOR FLASH芯片具有多种:W25Q128、BY25Q128、NM25Q128等等,内存都是128M即16M字节,他们的很多参数、操作都是一样的。其实验也是兼容;

2.2NM25Q128简介

NM25Q128是一款大容量的SPIFLASH产品,其容量为16M,它将16M字节的容量分为256块,每个块大小为64K字节,每个块又分为16个扇区,每个扇区16页,每页256个字节,即每个扇区4K字节。NM25Q128的最小擦除单位为扇区,也就是每次最少擦出4K字节。

         NM25Q128 的擦写周期多达 10W 次,具有 20 年的数据保存期限,支持电压为 2.7~3.6V,NM25Q128 支持标准的 SPI,还支持双输出/四输出的 SPI,最大 SPI 时钟可以到 104Mhz(双输
出时相当于 208Mhz,四输出时相当于 416Mhz)。其主要工作在SPI的模式0和模式3;

 引脚连接:

CS:片选信号输入,低电平有效;

DO:MISO数据输出信号线;

WP:写保护——高电平可读可写,低电平仅仅可读;

HOLD:保持管脚,低电平有效;

CLK:时钟输入;

DI:MOSI数据输入信号线;

2.3NOR FLASH的工作时序

在介绍工作时序之前,我们需要先对基本操作的指令做出了解:

0x06:写使能,写数据与擦除之前,必须先发送该指令;

0x05:读SR1,判断FLASH是否处于空闲状态,擦除用;

0x03:读数据,用于读取NOR FLASH;

0x02:页写:用于写入NOR FLASH;

0x20:扇区擦除:用于扇区擦除指令;

1.读时序

2.写时序 

3.擦除扇区 

 三、硬件设计

实现功能:

        通过KEY0按键控制NOR FLASH的写入,通过控制KEY1按键控制NOR  FLASH的读取,并将读取到的的数据通过串口显示调试助手。

原理图:

由上图可知:NM25Q128的引脚:

        CS--PB12; CLK--PB13;MISO--PB14;MOSI--PB15;

四、程序设计

4.1SPI配置步骤

1、SPI工作参数配置以及初始化

        包括:工作模式、时钟极性、时钟相位;

        涉及的函数HAL_SPI_Init();

2、使能SPI时钟和初始化相关引脚

        包括:时钟配置、GPIO模式配置;

        涉及的函数HAL_SPIMspinit();

3、使能SPI

    涉及的宏定义:  __HAL_SPI_ENABLE(__HANDLE__) 实际操作位CR1控制寄存器中的位6SPE;

4、数据的传输

        通过 HAL_SPI_Transmit 函数进行发送数据。
        通过 HAL_SPI_Receive 函数进行接收数据。
        也可以通过 HAL_SPI_TransmitReceive 函数进行发送与接收操作。

5、设置SPI传输速度

        SPI 初始化结构体 SPI_InitTypeDef 有一个成员变量是 BaudRatePrescaler,该成员变量用来设置 SPI 的预分频系数,从而决定了 SPI 的传输速度。但是 HAL 库并没有提供单独的 SPI 分频系数修改函数,如果我们需要在程序中偶尔修改速度,那么我们就要通过设置 SPI_CR1 寄存器来修改。

4.2NM25Q128配置步骤 

        在前面我们已经对于SPI通信所需要的协议都已经封装好了,接着我们只需要在SPI通信的基础上,通过对NM24Q128的工作时序进行拟定即可。

1、初始化片选引脚与SPI接口

        包括相关GPIO初始化与SPI初始化;

2、NM24Q128读取

        包括读时序。

3、NM24Q128扇区擦除

        包括等待函数。

4、NM24Q128写入

        包括:是否需要擦除、是否需要换页、遵循读、改、写。

4.3相关代码

程序源码:

链接:https://pan.baidu.com/s/1Mzfl_LS1ou4BmAbxX11hxA 
提取码:1022

spi.c

#include "./BSP/SPI/spi.h"SPI_HandleTypeDef spi_handle;
void spi_init(void)
{spi_handle.Instance=SPI2;    // 基地址;spi_handle.Init.Mode=SPI_MODE_MASTER;    //模式:主从模式,主模式(SPI_MODE_MASTER),从模式(SPI_MODE_SLAVE);spi_handle.Init.Direction=SPI_DIRECTION_2LINES;  //方式:1、只接受模式;2、单线双向通信数据模式;3、全双工模式;    spi_handle.Init.DataSize=SPI_DATASIZE_8BIT;   //数据帧格式:8位/16位;spi_handle.Init.CLKPolarity=SPI_POLARITY_HIGH;   //时钟极性;spi_handle.Init.CLKPhase=SPI_PHASE_2EDGE;    //时钟相位;spi_handle.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;  //SS信号由硬件还是软件控制;spi_handle.Init.BaudRatePrescaler=SPI_BAUDRATEPRESCALER_256; //设置SPI波特率预分频;spi_handle.Init.FirstBit=SPI_FIRSTBIT_MSB;   //起始位是MSB还是LSB;spi_handle.Init.TIMode=SPI_TIMODE_DISABLE;   //帧格式 SPImotorla模式还是TI模式;spi_handle.Init.CRCCalculation=SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; //硬件CRC是否使能;spi_handle.Init.CRCPolynomial=7; //CRC多项式;HAL_SPI_Init(&spi_handle); //初始化;__HAL_SPI_ENABLE(&spi_handle);//使能SPI2
}
void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi) 
{__HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE();//使能SPI2时钟;__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();//使能GPIOB时钟;GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;gpio_init_struct.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;//复用推挽输出;gpio_init_struct.Pull=GPIO_PULLUP;//上拉;gpio_init_struct.Pin=GPIO_PIN_13 |GPIO_PIN_14 |GPIO_PIN_15;//引脚;gpio_init_struct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH ;//高速;HAL_GPIO_Init(GPIOB, &gpio_init_struct);     
}uint8_t spi_readwrite_byte(uint8_t txdata)
{uint8_t rxdata;HAL_SPI_TransmitReceive(&spi_handle, &txdata, &rxdata, 1,  1000);return rxdata;
}

key.c

#include "./BSP/KEY1/key.h"void key_init(void)
{ GPIO_InitTypeDef  gpio_init_struct;__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();gpio_init_struct.Pin=GPIO_PIN_4;gpio_init_struct.Mode=GPIO_MODE_INPUT;gpio_init_struct.Pull=GPIO_PULLUP; HAL_GPIO_Init(GPIOE,&gpio_init_struct);__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();gpio_init_struct.Pin=GPIO_PIN_3;gpio_init_struct.Mode=GPIO_MODE_INPUT;gpio_init_struct.Pull=GPIO_PULLUP; HAL_GPIO_Init(GPIOE,&gpio_init_struct);
}uint32_t key_scan()
{if( HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_4)==0)   {delay_ms(10);if( HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_4)==0){while( HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_4)==0);return 1;}  }    return 0;    
}
uint32_t key_scan1()
{if( HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_3)==0)   {delay_ms(10);if( HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_3)==0){while( HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_3)==0);return 2;}     }    return 0;    
} 

nm24q128.c

#include "./BSP/SPI/nm25q128.h"void norflash_init(void)
{__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();/*片选引脚时钟*/GPIO_InitTypeDef gpiob_init_struct;gpiob_init_struct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;gpiob_init_struct.Pin=GPIO_PIN_12;gpiob_init_struct.Speed= GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;HAL_GPIO_Init(GPIOB, &gpiob_init_struct);/*片选引脚初始化*/spi_init();/*SPI初始化*/spi_readwrite_byte(0Xff);//清空数据寄存器DR作用;NORFLASH_CS(1); /*拉高片选*/
}uint8_t nm25q128_read_data(uint32_t address)
{uint8_t data=0;NORFLASH_CS(0);/*拉低片选*//*1、发送读命令*/spi_readwrite_byte(0X03);/*2、发送地址,分三次发送,高位在前*/spi_readwrite_byte(address >> 16);spi_readwrite_byte(address >> 8);spi_readwrite_byte(address);/*3、读取数据*/data = spi_readwrite_byte(0xff);NORFLASH_CS(1);/*拉高片选*/return data;}
uint8_t  norflash_wait(void)
{uint8_t rec_data=0;NORFLASH_CS(0);/*拉低片选*/spi_readwrite_byte(0X05);rec_data=spi_readwrite_byte(0Xff);NORFLASH_CS(1);/*拉高片选*/return  rec_data;
}void norflash_erase_sector(uint32_t addr)
{/*1、写使能*/NORFLASH_CS(0);spi_readwrite_byte(0X06);NORFLASH_CS(1);/*拉高片选*//*2、等待空闲*/while(norflash_wait() & 0x01) ;/*3、发送擦除扇区命令*/NORFLASH_CS(0);/*拉低片选*/spi_readwrite_byte(0X20);/*4、发送地址*/spi_readwrite_byte(addr >> 16);spi_readwrite_byte(addr >> 8);spi_readwrite_byte(addr);NORFLASH_CS(1);/*拉高片选*//*5、等待空闲*/while(norflash_wait() & 0x01);}void norflash_write_page(uint8_t data,uint32_t addre)
{/*1、擦除扇区*/norflash_erase_sector(addre);/*2、写使能*/NORFLASH_CS(0);/*拉低片选*/spi_readwrite_byte(0X06);NORFLASH_CS(1);/*拉高片选*//*3、页写使能*/NORFLASH_CS(0);/*拉低片选*/spi_readwrite_byte(0X02);/*4、发送地址,分三次发送,高位在前*/spi_readwrite_byte(addre >> 16);spi_readwrite_byte(addre >> 8);spi_readwrite_byte(addre);spi_readwrite_byte(data);NORFLASH_CS(1);/*拉高片选*/while(norflash_wait() & 0x01);
}

main.c

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/SPI/nm25q128.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/KEY1/key.h"uint8_t data=0;
int main(void)
{HAL_Init();                              /* 初始化HAL库 */sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);      /* 设置时钟, 72Mhz */delay_init(72);                          /* 延时初始化 */LED_init();                              /* LED初始化 */usart_init(115200);                      /* 串口初始化 */key_init();                              /* 按键初始化 */norflash_init();                         /* NOR FLASH初始化 */while(1){ if(key_scan()==1)                    /* K0按键按下 */{norflash_write_page('A',0X223236);printf("write finish\r\n");}if(key_scan1()==2)                  /* K1按键按下 */{data=nm25q128_read_data(0X223236);printf("DATA:%c\n",data);}     }
}

五、现象

KEY0与KEY1分别按下。

         总结:本节我们介绍了SPI的基本概念、使用,以及NOR FLASH 的基本概念,完成了利用NM24Q128芯片通过SPI与STM32进行通信,实现了数据的读取。

                创作不易,还请大家多多点赞支持!!!

这篇关于STM32---SPI通信协议(小白入、含源码)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1078645

相关文章

JAVA智听未来一站式有声阅读平台听书系统小程序源码

智听未来,一站式有声阅读平台听书系统 🌟 开篇:遇见未来,从“智听”开始 在这个快节奏的时代,你是否渴望在忙碌的间隙,找到一片属于自己的宁静角落?是否梦想着能随时随地,沉浸在知识的海洋,或是故事的奇幻世界里?今天,就让我带你一起探索“智听未来”——这一站式有声阅读平台听书系统,它正悄悄改变着我们的阅读方式,让未来触手可及! 📚 第一站:海量资源,应有尽有 走进“智听

Java ArrayList扩容机制 (源码解读)

结论:初始长度为10,若所需长度小于1.5倍原长度,则按照1.5倍扩容。若不够用则按照所需长度扩容。 一. 明确类内部重要变量含义         1:数组默认长度         2:这是一个共享的空数组实例,用于明确创建长度为0时的ArrayList ,比如通过 new ArrayList<>(0),ArrayList 内部的数组 elementData 会指向这个 EMPTY_EL

如何在Visual Studio中调试.NET源码

今天偶然在看别人代码时,发现在他的代码里使用了Any判断List<T>是否为空。 我一般的做法是先判断是否为null,再判断Count。 看了一下Count的源码如下: 1 [__DynamicallyInvokable]2 public int Count3 {4 [__DynamicallyInvokable]5 get

工厂ERP管理系统实现源码(JAVA)

工厂进销存管理系统是一个集采购管理、仓库管理、生产管理和销售管理于一体的综合解决方案。该系统旨在帮助企业优化流程、提高效率、降低成本,并实时掌握各环节的运营状况。 在采购管理方面,系统能够处理采购订单、供应商管理和采购入库等流程,确保采购过程的透明和高效。仓库管理方面,实现库存的精准管理,包括入库、出库、盘点等操作,确保库存数据的准确性和实时性。 生产管理模块则涵盖了生产计划制定、物料需求计划、

【STM32】SPI通信-软件与硬件读写SPI

SPI通信-软件与硬件读写SPI 软件SPI一、SPI通信协议1、SPI通信2、硬件电路3、移位示意图4、SPI时序基本单元(1)开始通信和结束通信(2)模式0---用的最多(3)模式1(4)模式2(5)模式3 5、SPI时序(1)写使能(2)指定地址写(3)指定地址读 二、W25Q64模块介绍1、W25Q64简介2、硬件电路3、W25Q64框图4、Flash操作注意事项软件SPI读写W2

Spring 源码解读:自定义实现Bean定义的注册与解析

引言 在Spring框架中,Bean的注册与解析是整个依赖注入流程的核心步骤。通过Bean定义,Spring容器知道如何创建、配置和管理每个Bean实例。本篇文章将通过实现一个简化版的Bean定义注册与解析机制,帮助你理解Spring框架背后的设计逻辑。我们还将对比Spring中的BeanDefinition和BeanDefinitionRegistry,以全面掌握Bean注册和解析的核心原理。

音视频入门基础:WAV专题(10)——FFmpeg源码中计算WAV音频文件每个packet的pts、dts的实现

一、引言 从文章《音视频入门基础:WAV专题(6)——通过FFprobe显示WAV音频文件每个数据包的信息》中我们可以知道,通过FFprobe命令可以打印WAV音频文件每个packet(也称为数据包或多媒体包)的信息,这些信息包含该packet的pts、dts: 打印出来的“pts”实际是AVPacket结构体中的成员变量pts,是以AVStream->time_base为单位的显

kubelet组件的启动流程源码分析

概述 摘要: 本文将总结kubelet的作用以及原理,在有一定基础认识的前提下,通过阅读kubelet源码,对kubelet组件的启动流程进行分析。 正文 kubelet的作用 这里对kubelet的作用做一个简单总结。 节点管理 节点的注册 节点状态更新 容器管理(pod生命周期管理) 监听apiserver的容器事件 容器的创建、删除(CRI) 容器的网络的创建与删除

STM32(十一):ADC数模转换器实验

AD单通道: 1.RCC开启GPIO和ADC时钟。配置ADCCLK分频器。 2.配置GPIO,把GPIO配置成模拟输入的模式。 3.配置多路开关,把左面通道接入到右面规则组列表里。 4.配置ADC转换器, 包括AD转换器和AD数据寄存器。单次转换,连续转换;扫描、非扫描;有几个通道,触发源是什么,数据对齐是左对齐还是右对齐。 5.ADC_CMD 开启ADC。 void RCC_AD

STM32内部闪存FLASH(内部ROM)、IAP

1 FLASH简介  1 利用程序存储器的剩余空间来保存掉电不丢失的用户数据 2 通过在程序中编程(IAP)实现程序的自我更新 (OTA) 3在线编程(ICP把整个程序都更新掉) 1 系统的Bootloader写死了,只能用串口下载到指定的位置,启动方式也不方便需要配置BOOT引脚触发启动  4 IAP(自己写的Bootloader,实现程序升级) 1 比如蓝牙转串口,