STM32單片機SPI極性和相位的設置方法

SPI分主設備和從設備，兩者通過SPI協(xié)議通訊。而設置SPI的模式，是從設備的模式，決定了主設備的模式。所以要先去搞懂從設備的SPI是何種模式，然后再將主設備的SPI的模式，設置和從設備相同的模式，即可正常通訊。對于從設備的SPI是什么模式，有兩種：（1）固定的，有SPI從設備硬件決定的SPI從設備，具體是什么模式，相關的datasheet中會有描述，需要自己去datasheet中找到相關的描述，即：關于SPI從設備，在空閑的時候，是高電平還是低電平，即決定了CPOL是0還是1；然后再找到關于設備是在上升沿還是下降沿去采樣數(shù)據(jù)，這樣就是，在定了CPOL的值的前提下，對應著可以推算出CPHA是0還是1了。舉例1：CC2500-Low-CostLow-Power2.4GHzRFTransceiver的datasheet中SPI的時序圖是：

從圖中可以看到，最開始的SCLK和結束時候的SCLK，即空閑時刻的SCLK，是低電平，推導出CPOL=0，然后可以看到數(shù)據(jù)采樣的時候，即數(shù)據(jù)最中間的那一點，對應的是SCLK的第一個邊沿，所以CPHA=0（此時對應的是上升沿）。舉例2：SSD1289-240RGBx320TFTLCDControllerDriver的datasheet中提到：“SDIisshiftedinto8-bitshiftregisteroneveryrisingedgeofSCKintheorderofdatabit7，databit6……databit0.”意思是，數(shù)據(jù)是在上升沿采樣，所以可以斷定是CPOL=0，CPHA=0，或者CPOL=1，CPHA=1的模式，但是至于是哪種模式。按理來說，接下來應該再去確定SCLK空閑時候是高電平還是低電平，用以確定CPOL是0還是1，但是datasheet中沒有提到這點。所以，此處，目前不太確定，是兩種模式都支持，還是需要額外找證據(jù)卻確定CPOL是0還是1.（2）可配置的，由軟件自己設定從設備也是一個SPI控制器，4種模式都支持，此時只要自己設置為某種模式即可。然后知道了從設備的模式后，再去將SPI主設備的模式，設置為和從設備模式一樣，即可。 對于如何配置SPI的CPOL和CPHA的話，不多細說，多數(shù)都是直接去寫對應的SPI控制器中對應寄存器中的CPOL和CPHA那兩位，寫0或寫1即可。舉例：C8051F347中的SPI就是一個SPI的controller控制器，即支持軟件配置CPOL和CPHA的值，四種模式都支持，此處C8051F347作為SPI從設備，設置了CPOL=1，CPHA=0的模式，因此，此處對應主芯片中的SPI控制器，作為Master主設備，其SPI的模式也要設置為CPOL=1，CPHA=0，即可。

【SPI的讀寫程序設計】文中標紅的是特別注意看的地方主要是熟悉flash芯片的指令集，以及存儲芯片扇區(qū)和塊的理解，最重要的是擦除都是以扇區(qū)擦除的方式。

本節(jié)將利用SPI來實現(xiàn)對外部FLASH（W25X16）的讀寫，并將結果顯示在TFTLCD模塊上。本節(jié)分為如下幾個部分：

3.17.1 SPI簡介

3.17.2硬件設計

3.17.3軟件設計

3.17.4下載與測試

1 SPI簡介

SPI是英語Serial Peripheralinterface的縮寫，顧名思義就是串行外圍設備接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應用在EEPROM，F(xiàn)LASH，實時時鐘，AD轉換器，還有數(shù)字信號處理器和數(shù)字信號解碼器之間。SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，現(xiàn)在越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議，STM32也有SPI接口。

SPI接口一般使用4條線：

MISO主設備數(shù)據(jù)輸入，從設備數(shù)據(jù)輸出。

MOSI主設備數(shù)據(jù)輸出，從設備數(shù)據(jù)輸入。

SCLK時鐘信號，由主設備產生。

CS從設備片選信號，由主設備控制。

SPI主要特點有：可以同時發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù)；可以當作主機或從機工作；提供頻率可編程時鐘；發(fā)送結束中斷標志；寫沖突保護；總線競爭保護等。

SPI總線四種工作方式SPI模塊為了和外設進行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)外設工作要求，其輸出串行同步時鐘極性和相位可以進行配置，時鐘極性（CPOL）對傳輸協(xié)議沒有重大的影響。如果CPOL=0，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為低電平；如果CPOL=1，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時鐘相位（CPHA）能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進行數(shù)據(jù)傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣。SPI主模塊和與之通信的外設備時鐘相位和極性應該一致。

不同時鐘相位下的總線數(shù)據(jù)傳輸時序見下圖：

圖3.17.1.1不同時鐘相位下的總線傳輸時序（CPHA=0/1）

STM32的SPI功能很強大，SPI時鐘最多可以到18Mhz，支持DMA，可以配置為SPI協(xié)議或者I2S協(xié)議。

本節(jié)，我們將利用STM32的SPI來讀取外部SPIFLASH芯片（W25X16），實現(xiàn)類似上節(jié)的功能。這里對SPI我們只簡單介紹一下SPI的使用，STM32的SPI詳細介紹請參考《STM32參考手冊》第422頁，22節(jié)。然后我們再介紹下SPIFLASH芯片。

這節(jié)，我們使用STM32的SPI1的主模式，下面就來看看SPI1部分的設置步驟吧，STM32的主模式配置步驟如下：

1）配置相關引腳的復用功能，使能SPI1時鐘。

我們要用SPI1，第一步就要是能SPI1的時鐘，SPI1的時鐘通過APB2ENR的第12位來設置。其次要設置SPI1的相關引腳為復用輸出，這樣才會連接到SPI1上否則這些IO口還是默認的狀態(tài)，也就是標準輸入輸出口。這里我們使用的是PA5、6、7這3個（SCK.、MISO、MOSI，CS使用軟件管理方式），所以設置這三個為復用IO。

2）設置SPI1工作模式。

這一步全部是通過SPI1_CR1來設置，我們設置SPI1為主機模式，設置數(shù)據(jù)格式為8位，然后通過CPOL和CPHA位來設置SCK時鐘極性及采樣方式。并設置SPI1的時鐘頻率（最大18Mhz），以及數(shù)據(jù)的格式（MSB在前還是LSB在前）。

3）使能SPI1。

這一步通過SPI1_CR1的bit6來設置，以啟動SPI1，在啟動之后，我們就可以開始SPI通訊了。

SPI1的使用就介紹到這里，接下來介紹一下W25X16。W25X16是華邦公司推出的繼W25X10/20/40/80（從1Mb~8Mb）后容量更大的FLASH產品，W25X16的容量為16Mb，還有容量更大的W25X32/64，ALIENTEK所選擇的W25X16容量為16Mb，也就是2M字節(jié)，同AT45DB161是一樣大小的。

W25X16將2M的容量分為32個塊（Block），每個塊大小為64K字節(jié)，每個塊又分為16個扇區(qū)（Sector），每個扇區(qū)4K個字節(jié)。W25X16的最少擦除單位為一個扇區(qū)，也就是每次必須擦除4K個字節(jié)。這樣我們需要給W25X16開辟一個至少4K的緩存區(qū)，這樣對SRAM要求比較高（相對于AT45DB161來說），但是它有價格及供貨上的優(yōu)勢。

W25X16的差些周期為10000次，具有20年的數(shù)據(jù)保存期限，支持電壓為2.7~3.6V，W25X16支持標準的SPI，還支持雙輸出的SPI，最大SPI時鐘可以到75Mhz（雙輸出時相當于150Mhz），更多的W25X16的介紹，請參考W25X16的DATASHEET。

2硬件設計

本節(jié)實驗功能簡介：開機的時候先檢測W25X16是否存在，然后在主循環(huán)里面用1個按鍵用來執(zhí)行寫入W25X16的操作，另外一個按鍵用來執(zhí)行讀出操作，在TFTLCD模塊上顯示相關信息。同時用DS0提示程序正在運行。

所要用到的硬件資源如下：

1）STM32F103RBT6。

2）DS0（外部LED0）。

3）KEY0和KEY2。

4）TFTLCD液晶模塊。

5）W25X16。

前面4部分的資源，我們前面已經介紹了，請大家參考相關章節(jié)。這里只介紹W25X16與STM32的連接，板上的W25X16是直接連在STM32F103RBT6上的，連接關系如下圖：

圖3.17.2.1STM32F103RBT6與W25X16連接電路圖

3軟件設計

打開上一節(jié)的工程，首先在HARDWARE文件夾下新建一個FLASH的文件夾和SPI的文件夾。然后新建一個flash.c和flash.h的文件保存在FLASH文件夾下，新建spi.c和spi.h的文件，保存在SPI文件夾下，并將這兩個文件夾加入頭文件包含路徑。

打開spi.c文件，輸入如下代碼：

#include“spi.h”

//SPI口初始化

//這里針是對SPI1的初始化

voidSPIx_Init（void）

{

RCC-》APB2ENR“=1《《2; //PORTA時鐘使能

RCC-》APB2ENR|=1《《12; //SPI1時鐘使能

//這里只針對SPI口初始化

GPIOA-》CRL&=0X000FFFFF;

GPIOA-》CRL|=0XBBB00000;//PA5.6.7復用

GPIOA-》ODR|=0X7《《5; //PA5.6.7上拉

SPI1-》CR1|=0《《10;//全雙工模式

SPI1-》CR1|=1《《9; //軟件nss管理

SPI1-》CR1|=1《《8;