STM32的SPI模式读写FLASH芯片全面讲解

本文详细介绍了SPI协议的原理,包括其信号线功能、四种工作模式以及STM32的SPI特性。STM32的SPI接口支持多种配置,如数据位宽、时钟极性和相位,并可通过中断或DMA进行数据传输。以SPI读取FLASH为例,展示了如何配置STM32的SPI接口进行通信,强调了正确设置时序的重要性。

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SPI协议简介

SPI协议,即串行外围设备接口,是一种告诉全双工的通信总线,它被广泛地使用在ADC,LCD等设备与MCU间通信的场合。

SPI信号线

SPI包含4条总线,分别为SS,SCK,MOSI,MISO.作用如下:

1) SS:片选信号线,当有多个SPI设备和MCU相连时,每个设备的这个片选信号线是与MCU单独的引脚相连的,而其他的SCK,MOSI,MISO线则为多个设备并联到相同的SPI总线上,当SS信号线为低电平时,片选有效,开始SPI通信.

2) SCK:时钟信号线,由主通信设备产生,不同的设备支持的时钟频率不一样.

3) MOSI:主设备输出/从设备输入引脚,主机的数据从这条信号线输出,从机由这条信号线读入数据,即这条线上的数据方向为从主机到从机.

4)MISO:主设备输入/从设备输出引脚,这条线上数据是从机到主机.

SPI模式

根据时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)配置的不同,分为4种SPI模式。

时钟极性是指SPI通信设备处于空闲状态时(也可以认为这是SPI通信开始时,即SS线为低电平),SCK信号线的电平信号。CPOL=0时,SCK在空闲状态时为低电平,CPOL=1时则相反。

时钟相位是指数据采样的时刻,当CPHA=0时,MOSI或MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的奇数边沿被采样。当CPHA=1时,数据线在SCK的偶数边沿被采样。

下面以CPHA=0为例讲解SPI时序。

首先,由主机把片选信号NSS拉低,意为主机输出。

在NSS被拉低的时刻,SCK分为两种情况,若我们设置CPOL=0,则SCK时序在这时为低电平,若设置为CPOL=1,则SCK在这个时刻为高电平。

无论CPOL为0还是1,因为我们配置的时钟相位CPHA=0,在采样时刻的时序中我们可以看到,采样时刻都是在SCK的奇数边沿(注意奇数边沿有时为下降沿,有时为上升沿)。

因此,MOSI和MISO数据线的有效信号在SCK的奇数边沿保持不变,这个信号将会在SCK奇数边沿时被采集,在非采样时刻,MOSI和MISO的有效信号才发生切换。

对于CPHA=1的情况也类似,只是数据信号的采样时刻为偶数边沿。

注意:使用SPI协议通信时,主机和从机的时序要保持一致,即两者都选择相同的SPI模式

STM32的SPI特性

STM32的小容量产品有一个SPI接口,中容量有两个,而大容量则有3个,其特征如下:

* 单次传输可选择为8位或16位。

* 时钟极性(CPOL)和相位(CPHA)可编程设置。

* 数据顺序的传输顺序可进行编程选择,MSB在前或LSB在前。

* 可出发中断的专用发送和接收标志。

* 可以使DMA进行数据传输操作。

STM32的SPI架构分析

上图所示为STM32的架构图,可以看到,MISO数据线接收到的信号经移位寄存器处理后把数据转移到接收缓冲区,然后这个数据就可以由软件从接收缓冲区读出了。

当要发送数据时,我们把数据写入发送缓冲区,硬件将会把它用移位寄存器处理后输出到MOSI数据线。

SCK的时钟信号则由波特率发生器产生,我们可以通过波特率控制位(BR)来控制它输出的波特率。

控制寄存器CR1掌控着主控制电路,STM32的SPI模块的协议设置(时钟极性,相位等)就由它来制定。而控制寄存器CR2则用于设置各种中断使能。

最后为NSS引脚,这个引脚扮演着SPI协议中的SS片选信号线的角色,如果我们把NSS引脚配置为硬件自动控制,SPI模块能够自动判别它能否成为SPI的主机,或自动进入SPI从机模式。但实际上我们用的更多的是由软件控制某些GPIO引脚单独作为SS信号,这个GPIO引脚可以随便选择。

SPI接口读取FLASH实例分析

本文章以STM32通过SPI读写FLASH的例程来逐步讲解STM32的SPI配置及FLASH芯片的普遍驱动方式,尽量做到讲解精细易懂。

本实验使用STM32的SPI2,采用主模式,全双工通信,通过查询发送数据寄存器和接收数据寄存器状态确保通信正常。操作的FLASH芯片型号为W25Q16。

SPI2与芯片引脚连接为:PB12--CS,PB14--SO,PB13--CLK,PB15--SI.

本试验没有使用中断,采用轮询标志位的方式来确保SPI正常通信。

详细文档见某乎:

https://zhuanlan.zhihu.com/p/37506796

<think>好的,用户想了解如何在STM32中通过SPI寄存器模式进行读写操作,需要教程和示例代码。首先,我需要回忆一下相关的知识,尤其是关于STM32SPI寄存器寄存器级别的操作。 根据用户提供的引用内容,特别是引用[1]中的示例代码,用户可能在F0系列上遇到了问题,而F1和F4上代码运行成功。这说明不同系列的STM32SPI寄存器操作上可能存在差异,需要注意。引用[3]提到SPI外设支持不同的模式和数据帧长度,这些配置都需要通过寄存器设置来完成。 接下来,我应该先概述SPI寄存器模式的基本概念,然后分步骤讲解配置过程,包括时钟使能、GPIO设置、SPI参数配置、使能SPI等。同时,需要给出具体的寄存器操作示例,比如如何设置CR1、CR2寄存器,以及读写数据寄存器的步骤。 用户可能需要知道如何检查状态寄存器中的标志位,例如TXE和RXNE,以确保数据发送和接收完成。此外,不同系列的STM32寄存器地址可能不同,需要提醒用户根据具体型号调整,比如F0、F1、F4系列的区别。 在示例代码部分,需要提供寄存器读写的函数,比如发送一个字节并接收返回的数据。同时,要指出用户之前代码可能在F0上失败的原因,比如状态位的位置或使能顺序的问题,可能需要检查__HAL_SPI_ENABLE的调用时机,或者等待的标志位是否正确。 另外,用户提供的引用[3]提到了SPI作为主机和从机的配置,但用户的问题集中在寄存器模式读写,因此应侧重于主机模式的配置。还需要提醒用户注意SPI的时钟频率设置,根据fpclk的分频来确保符合从设备的要求,比如引用[2]中的W25Q128 Flash芯片SPI时序。 最后,生成相关问题时要围绕SPI寄存器配置的常见问题、不同系列的差异、调试技巧和具体应用案例,帮助用户进一步深入学习。</think>### STM32 SPI寄存器模式读写操作教程 #### 一、SPI寄存器模式基本配置步骤 1. **时钟使能** 使能SPI外设和对应GPIO端口的时钟: ```c RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_SPI1EN; // 使能SPI1时钟 RCC->AHBENR |= RCC_AHBENR_GPIOAEN; // 使能GPIOA时钟(假设SPI引脚在PA5/6/7) ``` 2. **GPIO模式配置** 设置SCK、MISO、MOSI引脚为复用功能模式(AF模式): ```c // PA5: SCK, PA6: MISO, PA7: MOSI GPIOA->MODER &= ~(GPIO_MODER_MODER5 | GPIO_MODER_MODER6 | GPIO_MODER_MODER7); GPIOA->MODER |= (2 << GPIO_MODER_MODER5_Pos) // AF模式 | (2 << GPIO_MODER_MODER6_Pos) | (2 << GPIO_MODER_MODER7_Pos); GPIOA->AFR[0] |= (0 << GPIO_AFRL_AFSEL5_Pos) // 根据数据手册选择AF编号 | (0 << GPIO_AFRL_AFSEL6_Pos) | (0 << GPIO_AFRL_AFSEL7_Pos); ``` 3. **SPI参数配置** 通过`SPIx->CR1`寄存器设置工作模式(主机/从机)、时钟极性、相位等: ```c SPI1->CR1 = SPI_CR1_MSTR // 主机模式 | SPI_CR1_BR_0 // 时钟分频(fpclk/2) | SPI_CR1_CPOL // 时钟极性高 | SPI_CR1_CPHA // 第二个时钟边沿采样 | SPI_CR1_SSM // 软件管理NSS | SPI_CR1_SSI; // 内部NSS信号 ``` 4. **使能SPI外设** 最后启用SPI功能: ```c SPI1->CR1 |= SPI_CR1_SPE; // 使能SPI ``` #### 二、寄存器读写示例代码 ```c // 发送并接收一个字节 uint8_t SPI_ReadWriteByte(uint8_t txData) { // 等待发送缓冲区空 while (!(SPI1->SR & SPI_SR_TXE)); SPI1->DR = txData; // 写入发送数据 // 等待接收完成 while (!(SPI1->SR & SPI_SR_RXNE)); return SPI1->DR; // 读取接收数据 } // 读取Flash芯片ID(以W25Q128为例[^2]) uint32_t ReadFlashID(void) { GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BR_4; // 拉低CS引脚(假设CS在PA4) SPI_ReadWriteByte(0x9F); // 发送JEDEC ID指令 uint32_t id = (SPI_ReadWriteByte(0) << 16) | (SPI_ReadWriteByte(0) << 8) | SPI_ReadWriteByte(0); GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BS_4; // 拉高CS return id; } ``` #### 三、关键问题排查 1. **F0系列的特殊性** STM32F0的SPI状态寄存器标志位与F1/F4不同,例如: ```c // F0需检查SPI_SR_TXE和SPI_SR_RXNE的位号是否变化 while (!(SPI1->SR & 0x0002)); // TXE检查(F0可能不同) ``` 2. **时钟使能顺序** 部分型号需先使能SPI时钟再配置GPIO[^1]。 3. **NSS信号处理** 若使用硬件NSS模式,需额外配置`SPI_CR2`寄存器的`SSOE`位。
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