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[STM32]Day11-Part2硬件实现SPI读写W25Q64

news 2026/6/11 13:06:11

SPI外设简介

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

时钟频率：f_{PCLK} / （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、SPI2

SPI框图

上图为低位先行模式，设置接收缓冲区和发送缓冲区的目的是为了实现数据收发的连续性。MOSI和MISO的交叉是为了实现STM32作为SPI通信主从机的切换。接收缓冲区RDR和发送缓冲区TDR占用同一个地址，这与串口中缓冲区的设计相同，统一叫做DR。

波特率发生器用来产生SCK时钟，内部主要为一个分频器，对外设时钟APB1/APB2进行分频，分频系数由CR控制寄存器中的BR[2:0]控制。CR中LSBFIRST控制高位先行/地位先行，SPE（SPI ENABLE）是SPI使能，就是SPI_Cmd函数配置的控制位。MSTR被指主从模式。CPOL和CPHA用来选择SPI的4种模式。

SPI基本结构

数据发送与接收过程

主模式全双工连续传输

CPOL = 1，CPHA = 1说明是SPI模式3，SCK默认高电平，SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据。发送缓冲器（写入SPI_DR）指的是发送数据寄存器即TDR，同理接收缓冲器指的是RDR。

非连续传输

以上是SPI模式3的非连续传输时序图。SS下降沿SPI通信开始（图中未画出），SCK的第一个边沿检测到TXE = 1，说明TDR此时为空，软件就将待发送数据0xF1写入TDR，同时TXE变为0。此时移位寄存器为空，0xF1会立刻转入移位寄存器开始发送，MOSI产生输出，同时TXE变回1，但是软件不会立刻把下一个待发送数据写入TDR，而是等待MOSI第一个字节发送完成，MISO第一个字节接收完成，RXNE为1并读取成功后，才向TDR写入下一个数据。

整体流程为：等待TXE为1 -> 将待发送数据写入TDR -> 等待RXNE为1 -> 从RDR读取接收到的数据

非连续传输的缺点：数据传输过程中，字节与字节之间有间隙，影响通信速度。

软硬件波形对比

硬件SPI读写W25Q64

初始化SPI外设的整体流程：开启时钟 -> 初始化GPIO口（SCK和MOSI由SPI外设控制输出，配置为复用推挽输出，SS软件模拟配置为推挽输出，MISO配置为上拉输入） -> 配置SPI外设 -> 开启SPI

代码

// mySPI.c#include"stm32f10x.h"// Device header// 封装对SS的操作，保留软件模拟voidMySPI_W_SS(uint8_tBitVal){GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_4,(BitAction)BitVal);// SPI通信非常快所以不用加延时}voidMySPI_Init(void){// 开启时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);// 配置GPIOGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;// 输出引脚配置复用推挽输出模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;// 输入引脚配置上拉输入模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;// 输SS配置推挽输出模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);// 配置SPI外设SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler=SPI_BaudRatePrescaler_128;SPI_InitStructure.SPI_CPHA=SPI_CPHA_1Edge;// 设置为0SPI_InitStructure.SPI_CPOL=SPI_CPOL_Low;// 设置为0SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial=7;// CRC校验位，设为默认SPI_InitStructure.SPI_DataSize=SPI_DataSize_8b;SPI_InitStructure.SPI_Direction=SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;// 双线全双工SPI_InitStructure.SPI_FirstBit=SPI_FirstBit_MSB;// 高位先行SPI_InitStructure.SPI_Mode=SPI_Mode_Master;// 主机模式SPI_InitStructure.SPI_NSS=SPI_NSS_Soft;// 软件SSSPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure);// 开启SPISPI_Cmd(SPI1,ENABLE);// 设置SS为高电平，不选中从机MySPI_W_SS(1);}// 产生起始条件voidMySPI_Start(void){MySPI_W_SS(0);}// 产生终止条件voidMySPI_Stop(void){MySPI_W_SS(1);}// 交换一个字节uint8_tMySPI_SwapByte(uint8_tByteSend){// 等待TXE变为1while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_TXE)!=SET);// 待发送数据写入TDRSPI_I2S_SendData(SPI1,ByteSend);// 等待RXNE变为1while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_RXNE)!=SET);// 读取RDR中结果uint8_tByteReceive;ByteReceive=SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);returnByteReceive;}