STM32_SPI

STM32——SPI

一.基本介绍

1.1 SPI介绍

SPI：串行外设设备接口（Serial Peripheral Interface），是一种高速的，全双工，同步的通信总线。

功能说明	SPI****总线	IIC****总线
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、CS	SDA、SCL
拓扑结构	一主多从/一主一从	多主从
从机选择	片选引脚选择	SDA上设备地址片选
通信速率	一般50MHz以下	100kHz、400kHz、3.4MHz
数据格式	8位/16位	8位
传输顺序	MSB/LSB	MSB

SPI接口主要应用在存储芯片、AD转换器以及LCD中。

1.2 SPI框图

① SPI相关引脚

• MOSI（输出数据线）

• MISO（输入数据线）

• SCK（时钟）

• NSS（片选）

② 数据发送和接收

• 与缓冲区、移位寄存器以及引脚相关

③ 时钟信号

• SPI时钟信号是通过SPI_CR1寄存器配置

④ 主控制逻辑

• 涉及两个控制寄存器SPI_CR1/2用于配置SPI工作，SPI_SR用于查看工作状态

1.3 SPI外设对应的引脚

STM32芯片有多个SPI外设，每个SPI外设输出的信号会到不同的GPIO口。

STM32F1有三个SPI。

F1	引脚	SPI1	SPI2	SPI3
	NSS	PA4	PB12	PA15
	CLK	PA5	PB13	PB3
	MISO	PA6	PB14	PB4
	MOSI	PA7	PB15	PB5

F4 / F7 / H7 系列芯片SPI外设都有6个，分别为SPI1、SPI2、SPI3、SPI4、SPI5和SPI6。

二.工作原理

2.1 数据发送接收简图

2.2 SPI工作模式

时钟极性(CPOL)：

• 没有数据传输时时钟线的空闲状态电平

• 0：SCK在空闲状态保持低电平

• 1：SCK在空闲状态保持高电平

时钟相位(CPHA)：

• 时钟线在第几个时钟边沿采样数据

• 0：SCK的第一(奇数)边沿进行数据位采样，数据在第一个时钟边沿被锁存

• 1：SCK的第二(偶数)边沿进行数据位采样，数据在第二个时钟边沿被锁存

SPI工作模式	CPOL	CPHA	SCL空闲状态	采样边沿	采样时刻
0	0	0	低电平	上升沿	奇数边沿
1	0	1	低电平	下降沿	偶数边沿
2	1	0	高电平	下降沿	奇数边沿
3	1	1	高电平	上升沿	偶数边沿

2.3 SPIHAL库

驱动函数	关联寄存器	功能描述
__HAL_RCC_SPIx_CLK_ENABLE(…)	RCC_APB2ENR	使能SPIx时钟
HAL_SPI_Init**(…)**	SPI_CR1	初始化SPI
HAL_SPI_MspInit**(…)**	初始化回调	初始化SPI相关引脚
HAL_SPI_Transmit**(…)**	SPI_DR/SPI_SR	SPI发送
HAL_SPI_Receive**(…)**	SPI_DR/SPI_SR	SPI接收
HAL_SPI_TransmitReceive**(…)**	SPI_DR/SPI_SR	SPI接收发送
__HAL_SPI_ENABLE(…)	SPI_CR1(SPE)	使能SPI外设
__HAL_SPI_DISABLE(…)	SPI_CR1(SPE)	失能SPI外设

三.NOR FLASH

3.1 NOR FLASH介绍

FLASH是常用的用于储存数据的半导体器件，它具有容量大，可重复擦写、按“扇区/块”擦除、掉电后数据可继续保存的特性。

FLASH主要有NOR Flash和NAND Flash两种类型，NOR和NAND是两种数字门电路。

类型	特点	应用举例
NOR FLASH	基于字节读写，读取速度快，独立地址/数据线，无坏块，支持XIP	25Qxx、程序ROM
NAND FLASH	基于块读写，读取速度稍慢，地址数据线共用，有坏块，不支持XIP	EMMC、SSD、U盘等

3.1.1 NM25Q128介绍

NM25Q128，串行闪存器件，属于NOR FLASH中的一种，容量为128 Mb。擦写周期可达10W次，可以将数据保存达20年之久

NM25Q128存储结构：

3.2 NOR FLASH常用指令

指令**(HEX)**	名称	作用
0X06	写使能	写入数据/擦除之前，必须先发送该指令
0X05	读SR1	判定FLASH是否处于空闲状态，擦除用
0X03	读数据	用于读取NOR FLASH数据
0X02	页写	用于写入NOR FLASH数据，最多写256字节
0X20	扇区擦除	扇区擦除指令，最小擦除单位（4096字节）

写使能：

读状态寄存器Read Status Reg1（05H）：

读时序 Read Data Bytes（03H）：

页写时序：

扇区擦除时序 Sector Erase（20H）：

状态寄存器表：

状态寄存器	Bit7	Bit6	Bit5	Bit4	Bit3	Bit2	Bit1	Bit0
状态寄存器1	SPR	RV	TB	BP2	BP1	BP0	WEL	BUSY
状态寄存器2	SUS	CMP	LB3	LB2	LB1	(R)	QE	SRP1
状态寄存器3	HOLD/RST	DRV1	DRV0	(R)	(R)	WPS	ADP	ADS

BUSY位 指示当前状态 0：空闲状态(硬件自动清除) 1：当前处于忙碌状态

WEL位 执行WriteEnable指令该位为1，可以页写/扇区or块or片擦除/写状态寄存器 0：写禁止，不能页编程/扇区or块or片擦除/写状态寄存器

3.3 NOR FLASH基本驱动步骤

SPI配置：

步骤	操作	函数
1	SPI工作参数配置初始化	工作模式、时钟极性、时钟相位等HAL_SPI_Init
2	使能SPI时钟和初始化相关引脚	GPIO模式设为复用推挽输出模式HAL_SPI_MspInit
3	使能SPI	__HAL_SPI_ENABLE
4	SPI传输数据	HAL_SPI_Transmit 发送数据HAL_SPI_Receive 接收数据HAL_SPI_TransmitReceive 进行发送与接收
5	设置SPI传输速度	操作SPI_CR1寄存器中的波特率控制位

NM25Q128配置：

步骤	操作	函数
1	初始化片选引脚与SPI接口	相关GPIO初始化、SPI初始化（模式、位数、分频、MSB等）
2	NM25Q128 读取	0x03指令 + 24位地址 + 读取数据
3	NM25Q128 扇区擦除	0x06指令 + 等待空闲 + 0x20指令 + 24位地址 + 等待空闲
4	NM25Q128 写入	擦除扇区（可选）+ 0x06指令 + 0x02指令+ 24位地址 + 写入数据 + 等待空闲