STM32（十八）：SPI通信

SPI通信：

        SPI（Serial Peripheral Interface）是由Motorola公司开发的一种通用数据总线

        四根通信线：SCK（Serial Clock）、MOSI（Master Output Slave Input）主机输出从机输入、MISO（Master Input Slave Output）、SS（Slave Select）

        同步，全双工

        支持总线挂载多设备（一主多从）

硬件电路:

        所有SPI设备的SCK、MOSI、MISO分别连在一起

        主机另外引出多条SS控制线，分别接到各从机的SS引脚

        6输出引脚配置为推挽输出，输入引脚配置为浮空或上拉输入

移位示意图：

 SPI时序基本单元

        起始条件：SS从高电平切换到低电平

        终止条件：SS从低电平切换到高电平

        交换一个字节（模式0）

        CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平

        CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据

        交换一个字节（模式1）

        CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平

        CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

        交换一个字节（模式2）

        CPOL=1：空闲状态时，SCK为高电平

        CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据

        交换一个字节（模式3）

        CPOL=1：空闲状态时，SCK为高电平

        CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

 SPI时序：

发送指令

向SS指定的设备，发送指令（0x06）

指定地址写

向SS指定的设备，发送写指令（0x02），

随后在指定地址（Address[23:0]）下，写入指定数据（Data）

 

指定地址读

向SS指定的设备，发送读指令（0x03），

随后在指定地址（Address[23:0]）下，读取从机数据（Data）

 W25Q64简介

W25Qxx系列是一种低成本、小型化、使用简单的非易失性存储器，常应用于数据存储、字库存储、固件程序存储等场景

存储介质：Nor Flash（闪存）

时钟频率：80MHz / 160MHz (Dual SPI) / 320MHz (Quad SPI)

存储容量（24位地址）：

       W25Q40：      4Mbit / 512KByte

       W25Q80：      8Mbit / 1MByte

       W25Q16：      16Mbit / 2MByte

       W25Q32：      32Mbit / 4MByte

       W25Q64：      64Mbit / 8MByte

       W25Q128：  128Mbit / 16MByte

       W25Q256：  256Mbit / 32MByte

 

         64KB为1块，一共128块。xx0000-xxFFFF

        每一块分为多个扇区Sector，每个扇区为4KB，每块一共是16个扇区。xxx000-xxxFFF.

        一页内的地址变化范围是xxxx00，到xxxxFF。

写入操作时：

        写入操作前，必须先进行写使能

        每个数据位只能由1改写为0，不能由0改写为1。例如某存储单元存储0xAA（1010  1010）

在这个存储单元里写入新的数据0x55（0101  0101） 就变成0x00了。

        写入数据前必须先擦除，擦除后，所有数据位变为1

        擦除必须按最小擦除单元进行（全部，块、扇区）最少4096个字节一起擦。

        连续写入多字节时，最多写入一页的数据，超过页尾位置的数据，会回到页首覆盖写入

        写入操作结束后，芯片进入忙状态，不响应新的读写操作

读取操作时：

        直接调用读取时序，无需使能，无需额外操作，没有页的限制，读取操作结束后不会进入忙状态，但不能在忙状态时读取。

这个芯片可以支持SPI模式0和SPI模式3 。

SPI外设：

        STM32内部集成了硬件SPI收发电路，可以由硬件自动执行时钟生成、数据收发等功能，减轻CPU的负担

        可配置8位/16位数据帧、高位先行/低位先行   （串口是地位先行，I2C和SPI是高位先行）

        时钟频率： fPCLK / (2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256)

        支持多主机模型、主或从操作。

        可精简为半双工/单工通信。

        支持DMA。

        兼容I2S协议。

STM32F103C8T6 硬件SPI资源：SPI1（APB2、PCLK72M）、SPI2（APB1、PCLK36M）

        图中左上角表示移位寄存器右移，低位先行的模式。LSBFIRST控制位可以控制低位先行还是高位先行。给0先发送高位，给1先发送低位。

 接收缓冲区分为TDR和RDR，他俩共用一个地址。 发送寄存器移入到移位寄存器时候，置TXE位为1，检测到TXE位为1时，可以移入发送缓冲区。 移位寄存器完成输出和移入时候，移入的数据会整体的转入到接收缓冲区中，置RXNE为1，检测到为1后就要尽快把数据从RDR中读出来。 

        SPI是全双工，发送和接收同步进行，所以数据寄存器发送和接收分离。移位寄存器发送和接收可以共用。

        BR0、BR1、BR2三位对时钟分频进行控制。

        SPE：SPI使能。

        CPOL、CPLA：配置SPI的四种模式

        SSOE为1时，NSS作为输出引脚，并在当前设备变为主设备时，给NSS输出低电平。当主机结束后，SSOE要清零，NSS变为输入。

        SSM位决定右侧中间的数据选择器的选择哪一路，上面一路是硬件NSS模式，即：外部如果输入了低电平，那当前的设备就进入不了主模式，线路中已经有了主模式。下面一路是软件管理NSS输入，NSS是1还是0，由SSI来决定。

主模式全双工连续传输 

        效率高、程序逻辑复杂。

 非连续传输

         程序逻辑简单，效率低。

软硬件波形对比