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?10. 硬件SPI读写W25Qx
0. 博主调侃：
?????? 本实验使用硬件的SPI读写W25Q16JV，通过硬件SPI可减轻CPU负担。这个W25Qx通常用来存储程序，可在W25Qx内部直接运行程序，无需移动到单片机的内部RAM中，当然用来存储数据也行的。
?????? 这里W25Qx的芯片类型有点多，大体操作都相同，每种类型都有一丢丢区别，建议用哪一块就去找对应的芯片（本人就被坑了一次，啊哈哈哈哈~）。
1. 实验内容及步骤：
?????? 1. 配置GPIO，MOSI（复用推挽输出）、MISO（浮空输入）、CS（推挽输出）、SCK（复用输出）；
?????? 2. 软件SPI读写Byte（模式0或模式3）；
?????? 3. 读取W25Q16的制造商ID和设备ID；
?????? 4. 通过标准SPI对W25Q16擦除-写入-读取；
2. 硬件说明
?????? CS?? ->?? PB12
?????? CLK ->?? PB13
?????? MISO???? ->?? PB14
?????? MOSI???? ->?? PB15
?????? 根据STM32数据中文参考手册可知，PB12-PB15可复用为SPI2
3. 步骤详细讲解
?????? 3.1 RCC
?????? 根据STM32中文参考手册，可知SPI2挂在在APB1（36MHz）。
?????? 3.2 配置GPIO
?????? 硬件SPI的GPIO配置如下图所示。
?????? SPIx_SCK ->? 推挽复用输出
?????? SPIx_MOSI -> 推挽复用输出
?????? SPIx_MISO -> 浮空输入或带上拉输入
?????? SPIx_NSS ->? 推挽复用输出
?????? 3.3 硬件SPI配置
?????? 主要配置思路：
?????? 配置SPI2为主SPI模式，全双工通讯。根据STM32F10x中文（P462）可知配置思路如下：
?????? 配置步骤1：串行时钟波特率
?????? 已知SPI2时钟接在APB1上，时钟为（36MHz）
?????? 这里我们配置为9M，即8分频36M/8=4.5M
?????? SPI2_CR1 &= ~((u32)0x07<<3);??????? //清空配置
?????? SPI2_CR1 |= (u32)0x02<<3;????????????? //8分频
?????? 配置步骤2：选择CPOL和CPHA位
?????? W25Qx芯片的驱动为SPI模式0和SPI模式3，即：（详细可以看SPI原理讲解）
?????? 模式（CPOL，CPHA）
?????? ?????? Mode 0 CPOL=0, CPHA=0（0,0）
????????????? Mode 3 CPOL=1, CPHA=1（1,1）
?????? 在本实验使用模式3
?????? CPOL，CPHA分别由SPI_CR1寄存器的第1、0位控制。
??????? 使用模式3，（CPOL，CPHA）=（1,1）
?????? SPI2_CR1 |= (u32)0x03<<0;????????????? //模式3
?????? 配置步骤3：设置DFF位来定义8位或16位数据帧格式
?????? DFF数据帧格式由SPI_CR1寄存器的第11位控制
??????? 从SPI（W25Qx芯片）是使用8位数据帧。
?????? SPI2_CR1 &= ~((u32)0x01<<11);??????????????????? //8位数据帧
?????? 配置步骤4：配置SPI_CR1寄存器的LSBFIRST位定义帧格式
?????? LSBFIRST位是由SPI_CR1寄存器的第7位控制，即控制高位先传输还是地位先传输
??????? 从SPI（W25Qx芯片）是使用高位先数传模式（MSB）。
?????? SPI2_CR1 &= ~((u32)0x01<<7);?????????????? // MSB
?????? 配置步骤5：NSS引脚工作在软件输出
?????? 软件NSS模式：可以通过设置SPI_CR1寄存器的SSM位来使能这种模式。在这种模式下NSS引脚可以用作它用，而内部NSS信号电平可以通过写SPI_CR1的SSI位来驱动
?????? 通过SSM开启软件从设备管理，并使能内部从设备选择（否则主设备不会输出）
??? SPI2->CR1 |= (u32)1<<9;???? //软件SSM
??? SPI2->CR1 |= (u32)1<<8;???? //使能NSS?????
?????? 配置步骤6：设置MSTR位和SPE位
?????? MSTR为主设备选择由SPI_CR1寄存器的第二位控制；SPE为SPI使能由SPI_CR1寄存器的第六位控制；
??????? 配置为主设备，并使能SPI
?????? SPI_CR1 |= 0x01<<2;????????? //主设备
?????? SPI_CR1 |= 0x01<<6;????????? //使能SPI
?????? 3.4 发送和接收过程
?????? 数据发送过程
当写入数据至发送缓冲器时，发送过程开始。在发送第一个数据位时，数据字被并行地(通过内部总线)传入移位寄存器，而后串行地移出到MOSI脚上；MSB在先还是LSB在先，取决于SPI_CR1寄存器中的LSBFIRST位的设置。数据从发送缓冲器传输到移位寄存器时TXE标志将被置位，如果设置了SPI_CR1寄存器中的TXEIE位，将产生中断。
?????? 数据接收过程
对于接收器来说，当数据传输完成时：
● 传送移位寄存器里的数据到接收缓冲器，并且RXNE标志被置位。
● 如果设置了SPI_CR2寄存器中的RXNEIE位，则产生中断。
在最后采样时钟沿，RXNE位被设置，在移位寄存器中接收到的数据字被传送到接收缓冲器。读SPI_DR寄存器时，SPI设备返回接收缓冲器中的数据。读SPI_DR寄存器将清除RXNE位。
??????? 发送一个字节如上所示，先判断TEX标志位，为1（则表示发送完成）就写入DR寄存器，并等待RXNE标志位为1（则接收完成），获取DR寄存器接收的值。
????????一旦传输开始，如果下一个将发送的数据被放进了发送缓冲器，就可以维持一个连续的传输
流。在试图写发送缓冲器之前，需确认TXE标志应该为’1’。
4. 程序设计（寄存器）
?????? 程序中的W25Qx读写部分与软件SPI读写W25Qx一致，不同的是底层SPI，这里使用的是硬件SPI。
?????? 源码：这里只列出配置硬件SPI部分
//硬件GPIO配置
void hard_SPI_GPIO_Config(void)
{
//时钟
RCC->APB2ENR |= HARD_CS_RCC_CLK; //CS时钟
RCC->APB2ENR |= HARD_SCK_RCC_CLK; //SCK时钟
RCC->APB2ENR |= HARD_MISO_RCC_CLK; //MISO时钟
RCC->APB2ENR |= HARD_MOSI_RCC_CLK; //MOSI时钟
//CS 推挽复用输出
GPIOX_PIN_SetMode(HARD_CS_GPIOX,HARD_CS_PIN_NUM,GPIOx_PP|GPIOx_OUT_10M); //推挽输出、速度10MHz
//SCK 推挽复用输出
GPIOX_PIN_SetMode(HARD_SCK_GPIOX,HARD_SCK_PIN_NUM,GPIOx_AF_PP|GPIOx_OUT_10M); //推挽输出、速度10MHz
//MISO 浮空输入或带上拉输入
GPIOX_PIN_SetMode(HARD_MISO_GPIOX,HARD_MISO_PIN_NUM,GPIOx_IN); //输入 浮空模式
//MOSI 推挽复用输出
GPIOX_PIN_SetMode(HARD_MOSI_GPIOX,HARD_MOSI_PIN_NUM,GPIOx_AF_PP|GPIOx_OUT_10M); //推挽输出、速度10MHz
}
//硬件SPI配置
void hard_SPI_Config(void)
{
//时钟
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1Periph_SPI2; //SPI2时钟
//配置步骤1：波特率 8分频 36M/8=4.5M
SPI2->CR1 &= ~((u32)0x07<<3); //清空配置
SPI2->CR1 |= (u32)0x02<<3; //8分频
//配置步骤2：选择CPOL和CPHA位
SPI2->CR1 |= (u32)0x03<<0; //模式3
//配置步骤3：设置DFF位来定义8位或16位数据帧格式
SPI2->CR1 &= ~((u32)0x01<<11); //8位数据帧
//配置步骤4：配置SPI_CR1寄存器的LSBFIRST位定义帧格式
SPI2->CR1 &= ~((u32)0x01<<7); // MSB
//配置步骤5：NSS引脚软件输出
HARD_CS_OUT = 1;
SPI2->CR1 |= (u32)1<<9; //软件SSM
SPI2->CR1 |= (u32)1<<8; //使能NSS
//SPI2->CR1 &= ~((u32)0x01<<8);
// 配置步骤6：设置MSTR位和SPE位
SPI2->CR1 |= 0x01<<2; //主设备
SPI2->CR1 |= 0x01<<6; //使能SPI
}
5. 程序设计（标准库）
?????? 标准库中与寄存器库的最大不同点在于：
?????? 1. GPIO使用GPIO_Init函数进行初始化
?????? 2. SPI使用结构体，并分别使用：
????????????? SPI_Init函数：初始化
????????????? SPI_NSSInternalSoftwareConfig函数：软件使能NSS
????????????? SPI_Cmd函数：使能SPI
?????? 源码：这里只列出配置硬件SPI配置部分
//硬件GPIO配置
void hard_SPI_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
//时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(HARD_CS_RCC_CLK,ENABLE); //CS时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(HARD_SCK_RCC_CLK,ENABLE); //SCK时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(HARD_MISO_RCC_CLK,ENABLE); //MISO时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(HARD_MOSI_RCC_CLK,ENABLE); //MOSI时钟
//CS 推挽输出
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = HARD_CS_Mode;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = HARD_CS_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
GPIO_Init(HARD_CS_GPIOX,&GPIO_InitStruct);
//SCK(推挽输出、速度10MHz)
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = HARD_SCK_Mode;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = HARD_SCK_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
GPIO_Init(HARD_SCK_GPIOX,&GPIO_InitStruct);
//MISO(输入 浮空模式)
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = HARD_MISO_Mode;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = HARD_MISO_PIN;
GPIO_Init(HARD_MISO_GPIOX,&GPIO_InitStruct);
//MOSI(推挽输出、速度10MHz)
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = HARD_MOSI_Mode;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = HARD_MOSI_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
GPIO_Init(HARD_MOSI_GPIOX,&GPIO_InitStruct);
}
//硬件SPI配置
void hard_SPI_Config(void)
{
SPI_InitTypeDef SPI_InitStruct;
//时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2,ENABLE); //SPI2时钟
//配置步骤1：波特率 8分频 36M/8=4.5M
SPI_InitStruct.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8;
//配置步骤2：选择CPOL和CPHA位(模式3)
SPI_InitStruct.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
SPI_InitStruct.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
//配置步骤3：设置DFF位来定义8位或16位数据帧格式
SPI_InitStruct.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
//配置步骤4：配置SPI_CR1寄存器的LSBFIRST位定义帧格式
SPI_InitStruct.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
//配置步骤5：NSS引脚软件输出
SPI_InitStruct.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
//配置步骤6：设置MSTR位和SPE位
SPI_InitStruct.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
SPI_InitStruct.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
//SPI初始化
SPI_Init(SPI2,&SPI_InitStruct);
//软件使能NSS
SPI_NSSInternalSoftwareConfig(SPI2,SPI_NSSInternalSoft_Set);
//使能SPI
SPI_Cmd(SPI2,ENABLE);
HARD_CS_OUT = 1;
}
//发送一个字节数据
u8 hard_SPI_Byte(u8 data)
{
while(!(SPI2->SR&SPI_I2S_FLAG_TXE));
SPI2->DR = data;
while(!(SPI2->SR&SPI_I2S_FLAG_RXNE));
return SPI2->DR;
}
6. 程序设计（HAL库）
?????? HAL库与寄存器库的最大不同点在于：
?????? 1. 时钟使用__HAL_RCC_xxxx_CLK_ENABLE函数配置；
?????? 2. ?GPIO使用HAL_GPIO_Init函数进行初始化；
?????? 3. ?? 硬件SPI使用HAL_SPI_Init函数配置；
????????????? 使用__HAL_SPI_ENABLE函数使能SPI；
?????? 4. 使用__HAL_SPI_GET_FLAG函数获取发送完成、接收完成标志位。
?????? 源码：这里只列出配置硬件SPI配置部分
//SPI结构体
SPI_HandleTypeDef HSPIStruct;
//硬件GPIO配置
void hard_SPI_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
//时钟
HARD_CS_CLK_ENABLE(); //CS时钟
HARD_SCK_CLK_ENABLE(); //SCK时钟
HARD_MISO_CLK_ENABLE(); //MISO时钟
HARD_MOSI_CLK_ENABLE(); //MOSI时钟
//CS(推挽输出、速度10MHz)
GPIO_InitStruct.Mode = HARD_CS_Mode;
GPIO_InitStruct.Pin = HARD_CS_PIN;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;
HAL_GPIO_Init(HARD_CS_GPIOX,&GPIO_InitStruct);
//SCK(复用推挽输出、速度10MHz)
GPIO_InitStruct.Mode = HARD_SCK_Mode;
GPIO_InitStruct.Pin = HARD_SCK_PIN;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;
HAL_GPIO_Init(HARD_SCK_GPIOX,&GPIO_InitStruct);
//MISO(输入 浮空模式)
GPIO_InitStruct.Mode = HARD_MISO_Mode;
GPIO_InitStruct.Pin = HARD_MISO_PIN;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_Init(HARD_MOSI_GPIOX,&GPIO_InitStruct);
//MOSI(复用推挽输出、速度10MHz)
GPIO_InitStruct.Mode = HARD_MOSI_Mode;
GPIO_InitStruct.Pin = HARD_MOSI_PIN;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;
HAL_GPIO_Init(HARD_MOSI_GPIOX,&GPIO_InitStruct);
}
//硬件SPI配置
void hard_SPI_Config(void)
{
//时钟
__HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE(); //SPI2时钟
HSPIStruct.Instance = SPI2;
//配置步骤1：波特率 8分频 36M/8=4.5M
HSPIStruct.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_8;
//配置步骤2：选择CPOL和CPHA位
HSPIStruct.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_HIGH;
HSPIStruct.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_2EDGE;
//配置步骤3：设置DFF位来定义8位或16位数据帧格式
HSPIStruct.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
//配置步骤4：配置SPI_CR1寄存器的LSBFIRST位定义帧格式
HSPIStruct.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
//配置步骤5：NSS引脚软件输出
HSPIStruct.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
// 配置步骤6：设置MSTR位和SPE位
HSPIStruct.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
HSPIStruct.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
//禁止校验
HSPIStruct.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
//硬件SPI初始化
HAL_SPI_Init(&HSPIStruct);
//使能SPI
__HAL_SPI_ENABLE(&HSPIStruct);
HARD_CS_OUT = 1;
}
//发送一个字节数据
u8 hard_SPI_Byte(u8 data)
{
while(!__HAL_SPI_GET_FLAG(&HSPIStruct, SPI_FLAG_TXE));
SPI2->DR = data;
while(!__HAL_SPI_GET_FLAG(&HSPIStruct, SPI_FLAG_RXNE));
return SPI2->DR;
}
7. 实验结果
?????? 第一部分先进行整体擦除，再进行写入（存储，读取正常）
?????? 第二部分边擦除边写入，（存储，读取正常）
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8. 源码下载
?