STM32（13）——SPI

简介：

　　SPI，Serial Peripheral interface串行外围设备接口。

　　接口应用在：EEPROM， FLASH，实时时钟，AD 转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

　　特点：高速的、全双工、同步的通信总线、占用4根线；可以同时发生和接收串行数据；可以当做主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。

　　接口使用的4条通讯线：

1. MISO　　主设备数据输入，从设备数据输出
2. MOSI　　主设备数据输出，从设备数据输入
3. SCLK　　时钟信号，由主设备产生
4. CS　　    从设备片选信号，由主设备控制

　　SPI的功能很强大，SPI时钟最多可以到18Mhz，支持DMA，可以配置为SPI协议或者I2S协议。

　　使用STM32的SPI的主模式，配置步骤如下：

1.配置相关引脚的复用功能，使能SPI2时钟

　　第一步就要使能 SPI2 的时钟。其次要设置 SPI2 的相关引脚为复用输出，这样才会连接到SPI2上，否则这些IO口还是默认的状态，也就是标准的输入输出口。这里我们使用PB13、14、15这三个（SCK、MISO、MOSI、CS使用软件管理方式）所以设置这三个复用IO。

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );//PORTB 时钟使能 
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE );//SPI2 时钟使能   
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   //PB13/14/15 复用推挽输出 
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化 GPIOB

2.初始化SPI2，设置SPI2工作模式

　　接下来我们要初始化 SPI2,设置 SPI2 为主机模式，设置数据格式为 8 位，然设置 SCK 时钟极性及采样方式。并设置 SPI2 的时钟频率（最大 18Mhz），以及数据的格式（MSB 在前还是LSB 在前）。

　　这在库函数中是通过 SPI_Init 函数来实现的。

void SPI_Init(SPI_TypeDef* SPIx,SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct);

　　第一个参数为SPI标号，这里使用的SPI2；第二个参数是定义SPI_InitTypeDef结构体指针

typedef struct
{
uint16_t SPI_Direction; 
// 设置 SPI 的通信方式，可以选择为半双工，全双工，以及串行发和串行收方式
uint16_t SPI_Mode; 
// 设置 SPI 的主从模式
uint16_t SPI_DataSize; 
// 为 8 位还是 16 位帧格式选择项
uint16_t SPI_CPOL;
 // 设置时钟极性
uint16_t SPI_CPHA; 
// 设置时钟相位
uint16_t SPI_NSS;   
//设置 NSS 信号由硬件（NSS 管脚）还是软件控制
uint16_t SPI_BaudRatePrescaler;  
//设置 SPI 波特率预分频值
uint16_t SPI_FirstBit;   
 //设置数据传输顺序是 MSB 位在前还是 LSB 位在前
uint16_t SPI_CRCPolynomial;
 //设置 CRC 校验多项式，提高通信可靠性，大于 1 即可
}SPI_InitTypeDef;

第一个参数 SPI_Direction 是用来设置 SPI 的通信方式，可以选择为半双工，全双工，以及串行发和串行收方式，这里我们选择全双工模式 SPI_Direction_2Lines_FullDuplex。

第二个参数 SPI_Mode 用来设置 SPI 的主从模式，这里我们设置为主机模式 SPI_Mode_Master，当然有需要你也可以选择为从机模式 SPI_Mode_Slave。

第三个参数 SPI_DataSiz 为 8 位还是 16 位帧格式选择项，这里我们是 8 位传输，选择SPI_DataSize_8b。

第四个参数 SPI_CPOL 用来设置时钟极性，我们设置串行同步时钟的空闲状态为高电平所以我们选择 SPI_CPOL_High。

第五个参数 SPI_CPHA 用来设置时钟相位，也就是选择在串行同步时钟的第几个跳变沿（上升或下降）数据被采样，可以为第一个或者第二个条边沿采集，这里我们选择第二个跳变沿，所以选择 SPI_CPHA_2Edge

第六个参数 SPI_NSS 设置 NSS 信号由硬件（NSS 管脚）还是软件控制，这里我们通过软件控制 NSS 关键，而不是硬件自动控制，所以选择 SPI_NSS_Soft。

第七个参数 SPI_BaudRatePrescaler 很关键，就是设置 SPI 波特率预分频值也就是决定 SPI 的时钟的参数 ， 从不分频道 256 分频 8 个可选值，初始化的时候我们选择 256 分频值SPI_BaudRatePrescaler_256,  传输速度为 36M/256=140.625KHz。

第八个参数 SPI_FirstBit 设置数据传输顺序是 MSB 位在前还是 LSB 位在前， ，这里我们选择SPI_FirstBit_MSB 高位在前。

第九个参数 SPI_CRCPolynomial 是用来设置 CRC 校验多项式，提高通信可靠性，大于 1 即可。

　　设置好9个参数，初始化SPI外设，范例：

SPI_InitTypeDef   SPI_InitStructure;
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;   //双线双向全双工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;    //主 SPI
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;  // SPI 发送接收 8 位帧结构
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;//串行同步时钟的空闲状态为高电平 
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;//第二个跳变沿数据被采样
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;  //NSS 信号由软件控制
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;  //预分频 256
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;  //数据传输从 MSB 位开始
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;  //CRC 值计算的多项式
SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure);   //根据指定的参数初始化外设 SPIx 寄存器

3.使能SPI2

　　初始化完成之后就是使能SPI2通信，使能SPI2通信后，就可以开始SPI通讯。

　　使能SPI2的方法是：

SPI_Cmd(SPI2,ENABLE);  //使能SPI外设

4.SPI传输数据　　

固体库提供的发送数据函数原型为：

void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data)；

　　表示从SPIx数据寄存器写入数据Data从而实现发送。

固体库提供的接收数据函数原型为：

uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx) ；

　　表示从SPIx数据寄存器读出接收到的数据。

5.查看SPI传输状态

　　在 SPI 传输过程中，我们经常要判断数据是否传输完成，发送区是否为空等状态，这是通过函数 SPI_I2S_GetFlagStatus 实现的，这个函数很简单就不详细讲解，判断发送是否完成的方法是：

SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE)；

　　W25Q64是华邦公司推出的大容量SPI，FLASH产品，W25Q64的容量是64Mb，该系列还有W25Q80/16/32等。W25Q64容量为64Mb也就是8M字节。

　　W25Q64将8M的容量分为128个块（Block），每个块大小为64K字节，每个块又分16个扇区（Sector），每个扇区4K个字节。

　　W25Q64的最小擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除4K个字节。这样我们必须给W25Q64开辟一个至少4K的缓存区，这样对SRAM要求不高，要求芯片必须有4K以上SRAM才能很好的操作。

　　W25Q64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到3.6V，W25Q64支持标准的SPI，还支持双输出/四输出的SPI时钟可以到80MHz（双输出时钟相当于160MHz，四输出时相当于320Mhz）

补充：

 以下是SPI模块的初始化代码，配置成主机模式，访问SD Card/W25Q64/NRF24L01
 SPI口初始化
 这里针是对SPI2的初始化

void SPI2_Init(void)
{
     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
      SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(    RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );//PORTB时钟使能 
    RCC_APB1PeriphClockCmd(    RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE );//SPI2时钟使能     
 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //PB13/14/15复用推挽输出 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOB

     GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15); //PB13/14/15上拉
    
    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工
    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;        //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;        //串行同步时钟的空闲状态为高电平
    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
    SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器
 
    SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); //使能SPI外设
    
    SPI2_ReadWriteByte(0xff);//启动传输        
    
}

//SPI 速度设置函数
//SpeedSet:
//SPI_BaudRatePrescaler_2 2分频 
//SPI_BaudRatePrescaler_8 8分频 
//SPI_BaudRatePrescaler_16 16分频 
//SPI_BaudRatePrescaler_256 256分频 
  
void SPI2_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{
      assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));
    SPI2->CR1&=0XFFC7;
    SPI2->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler;    //设置SPI2速度 
    SPI_Cmd(SPI2,ENABLE); 

} 


//SPIx 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
u8 SPI2_ReadWriteByte(u8 TxData)
{        
    u8 retry=0;                     
    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:发送缓存空标志位
        {
        retry++;
        if(retry>200)return 0;
        }             
    SPI_I2S_SendData(SPI2, TxData); //通过外设SPIx发送一个数据
    retry=0;

    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:接受缓存非空标志位
        {
        retry++;
        if(retry>200)return 0;
        }                              
    return SPI_I2S_ReceiveData(SPI2); //返回通过SPIx最近接收的数据                     
}