一、简介
SPI是一种同步、全双工、主从式接口。来自主机或从机的数据在 时钟上升沿或下降沿同步。主机和从机可以同时传输数据。SPI接 口可以是3线式或4线式。
- MOSI(Master Output Slave Input) – 主设备输出/从设备输入信号；
- MISO(Master Input Slave Output) – 主设备输入/从设备输出信号；
- SCLK(Serial Clock) – 串行时钟信号，由主设备产生，用来同步数据比特；
- SS(Slave Select)/CS(Chip Select) – 从设备片选信号，低电平有效，由主设备控制；
主机和从机之间传输的数据与 主机产生的时钟同步。同I 2 C接口相比，SPI器件支持更高的时钟 频率。 SPI接口只能有一个主机，但可以有一个或多个从机。主机的片选信号用于选择从机。这通常是一个低电平有效信 号，拉高时从机与SPI总线断开连接。当使用多个从机时，主机需 要为每个从机提供单独的片选信号。MOSI和MISO是数据线。MOSI将数据从主机发送到从机，MISO将数 据从从机发送到主机。
二、数据传输
数据传输 要开始SPI通信，主机必须发送时钟信号，并通过使能CS信号选择 从机。片选通常是低电平有效信号。因此，主机必须在该信号上 发送逻辑0以选择从机。SPI是全双工接口，主机和从机可以分别 通过MOSI和MISO线路同时发送数据。在SPI通信期间，数据的发送 （串行移出到MOSI/SDO总线上）和接收（采样或读入总线(MISO/ SDI)上的数据）同时进行。串行时钟沿同步数据的移位和采样。SPI 接口允许用户灵活选择时钟的上升沿或下降沿来采样和/或移位数 据。欲确定使用SPI接口传输的数据位数，请参阅器件数据手册。
三、时钟极性和时钟相位
时钟极性和时钟相位 在SPI中，主机可以选择时钟极性和时钟相位。在空闲状态期 间，CPOL位设置时钟信号的极性。空闲状态是指传输开始时CS为 高电平且在向低电平转变的期间，以及传输结束时CS为低电平且 在向高电平转变的期间。CPHA位选择时钟相位。根据CPHA位的状 态，使用时钟上升沿或下降沿来采样和/或移位数据。主机必须根 据从机的要求选择时钟极性和时钟相位。根据CPOL和CPHA位的选 择，有四种SPI模式可用。表1显示了这4种SPI模式。
传输的开始和结束用绿色虚线表示，采样边沿用橙色虚线表示，移位边沿用蓝色虚线表示。
四、多从机配置
4.1 常规SPI模式
常规SPI模式： 在常规模式下，主机需要为每个从机提供单独的片选信号。一旦 主机使能（拉低）片选信号，MOSI/MISO线上的时钟和数据便可用 于所选的从机。如果使能多个片选信号，则MISO线上的数据会被 破坏，因为主机无法识别哪个从机正在传输数据。 从图6可以看出，随着从机数量的增加，来自主机的片选线的数量 也增加。这会快速增加主机需要提供的输入和输出数量，并限制 可以使用的从机数量。可以使用其他技术来增加常规模式下的从 机数量，例如使用多路复用器产生片选信号。
4.2 菊花链模式
在菊花链模式下，所有从机的片选信号连接在一起，数据从一个 从机传播到下一个从机。在此配置中，所有从机同时接收同一SPI 时钟。来自主机的数据直接送到第一个从机，该从机将数据提供 给下一个从机，依此类推。 使用该方法时，由于数据是从一个从机传播到下一个从机，所以 传输数据所需的时钟周期数与菊花链中的从机位置成比例。例如 在图7所示的8位系统中，为使第3个从机能够获得数据，需要24个 时钟脉冲，而常规SPI模式下只需8个时钟脉冲。图8显示了时钟周 期和通过菊花链的数据传播。并非所有SPI器件都支持菊花链模 式。请参阅产品数据手册以确认菊花链是否可用。
五、软件SPI读写W25Q64
myspi.h
#ifndef __MYSPI_H
#define __MYSPI_Hvoid MySPI_Init(void);
void MySPI_Start(void);
void MySPI_Stop(void);
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend);#endif
myspi.c
#include "stm32f10x.h" /*引脚配置层*//*** 函 数：SPI写SS引脚电平* 参 数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SS的电平，范围0~1* 返 回 值：无* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SS为低电平，当BitValue为1时，需要置SS为高电平*/
void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue); //根据BitValue，设置SS引脚的电平
}/*** 函 数：SPI写SCK引脚电平* 参 数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SCK的电平，范围0~1* 返 回 值：无* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SCK为低电平，当BitValue为1时，需要置SCK为高电平*/
void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue); //根据BitValue，设置SCK引脚的电平
}/*** 函 数：SPI写MOSI引脚电平* 参 数：BitValue 协议层传入的当前需要写入MOSI的电平，范围0~0xFF* 返 回 值：无* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置MOSI为低电平，当BitValue非0时，需要置MOSI为高电平*/
void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue); //根据BitValue，设置MOSI引脚的电平，BitValue要实现非0即1的特性
}
/*** 函 数：I2C读MISO引脚电平* 参 数：无* 返 回 值：协议层需要得到的当前MISO的电平，范围0~1* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当前MISO为低电平时，返回0，当前MISO为高电平时，返回1*/
uint8_t MySPI_R_MISO(void)
{return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6); //读取MISO电平并返回
}/*** 函 数：SPI初始化* 参 数：无* 返 回 值：无* 注意事项：此函数需要用户实现内容，实现SS、SCK、MOSI和MISO引脚的初始化*/
void MySPI_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //开启GPIOA的时钟/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //将PA4、PA5和PA7引脚初始化为推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //将PA6引脚初始化为上拉输入/*设置默认电平*/MySPI_W_SS(1); //SS默认高电平MySPI_W_SCK(0); //SCK默认低电平
}/*协议层*//*** 函 数：SPI起始* 参 数：无* 返 回 值：无*/
void MySPI_Start(void)
{MySPI_W_SS(0); //拉低SS，开始时序
}/*** 函 数：SPI终止* 参 数：无* 返 回 值：无*/
void MySPI_Stop(void)
{MySPI_W_SS(1); //拉高SS，终止时序
}/*** 函 数：SPI交换传输一个字节，使用SPI模式0* 参 数：ByteSend 要发送的一个字节* 返 回 值：接收的一个字节*/
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{uint8_t i, ByteReceive = 0x00; //定义接收的数据，并赋初值0x00，此处必须赋初值0x00，后面会用到for (i = 0; i < 8; i ++) //循环8次，依次交换每一位数据{MySPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80 >> i)); //使用掩码的方式取出ByteSend的指定一位数据并写入到MOSI线MySPI_W_SCK(1); //拉高SCK，上升沿移出数据if (MySPI_R_MISO() == 1){ByteReceive |= (0x80 >> i);} //读取MISO数据，并存储到Byte变量//当MISO为1时，置变量指定位为1，当MISO为0时，不做处理，指定位为默认的初值0MySPI_W_SCK(0); //拉低SCK，下降沿移入数据}return ByteReceive; //返回接收到的一个字节数据
}
W25Q64.h
#ifndef __W25Q64_H
#define __W25Q64_Hvoid W25Q64_Init(void);
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID);
void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Count);
void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address);
void W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count);#endif
W25Q64_INS.h
#ifndef __W25Q64_INS_H
#define __W25Q64_INS_H#define W25Q64_WRITE_ENABLE 0x06
#define W25Q64_WRITE_DISABLE 0x04
#define W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1 0x05
#define W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_2 0x35
#define W25Q64_WRITE_STATUS_REGISTER 0x01
#define W25Q64_PAGE_PROGRAM 0x02
#define W25Q64_QUAD_PAGE_PROGRAM 0x32
#define W25Q64_BLOCK_ERASE_64KB 0xD8
#define W25Q64_BLOCK_ERASE_32KB 0x52
#define W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB 0x20
#define W25Q64_CHIP_ERASE 0xC7
#define W25Q64_ERASE_SUSPEND 0x75
#define W25Q64_ERASE_RESUME 0x7A
#define W25Q64_POWER_DOWN 0xB9
#define W25Q64_HIGH_PERFORMANCE_MODE 0xA3
#define W25Q64_CONTINUOUS_READ_MODE_RESET 0xFF
#define W25Q64_RELEASE_POWER_DOWN_HPM_DEVICE_ID 0xAB
#define W25Q64_MANUFACTURER_DEVICE_ID 0x90
#define W25Q64_READ_UNIQUE_ID 0x4B
#define W25Q64_JEDEC_ID 0x9F
#define W25Q64_READ_DATA 0x03
#define W25Q64_FAST_READ 0x0B
#define W25QW25Q64.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "MySPI.h"
#include "W25Q64_Ins.h"/*** 函 数：W25Q64初始化* 参 数：无* 返 回 值：无*/
void W25Q64_Init(void)
{MySPI_Init(); //先初始化底层的SPI
}/*** 函 数：MPU6050读取ID号* 参 数：MID 工厂ID，使用输出参数的形式返回* 参 数：DID 设备ID，使用输出参数的形式返回* 返 回 值：无*/
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID)
{MySPI_Start(); //SPI起始MySPI_SwapByte(W25Q64_JEDEC_ID); //交换发送读取ID的指令*MID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //交换接收MID，通过输出参数返回*DID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //交换接收DID高8位*DID <<= 8; //高8位移到高位*DID |= MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //或上交换接收DID的低8位，通过输出参数返回MySPI_Stop(); //SPI终止
}/*** 函 数：W25Q64写使能* 参 数：无* 返 回 值：无*/
void W25Q64_WriteEnable(void)
{MySPI_Start(); //SPI起始MySPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE); //交换发送写使能的指令MySPI_Stop(); //SPI终止
}/*** 函 数：W25Q64等待忙* 参 数：无* 返 回 值：无*/
void W25Q64_WaitBusy(void)
{uint32_t Timeout;MySPI_Start(); //SPI起始MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1); //交换发送读状态寄存器1的指令Timeout = 100000; //给定超时计数时间while ((MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE) & 0x01) == 0x01) //循环等待忙标志位{Timeout --; //等待时，计数值自减if (Timeout == 0) //自减到0后，等待超时{/*超时的错误处理代码，可以添加到此处*/break; //跳出等待，不等了}}MySPI_Stop(); //SPI终止
}/*** 函 数：W25Q64页编程* 参 数：Address 页编程的起始地址，范围：0x000000~0x7FFFFF* 参 数：DataArray 用于写入数据的数组* 参 数：Count 要写入数据的数量，范围：0~256* 返 回 值：无* 注意事项：写入的地址范围不能跨页*/
void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Count)
{uint16_t i;W25Q64_WriteEnable(); //写使能MySPI_Start(); //SPI起始MySPI_SwapByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM); //交换发送页编程的指令MySPI_SwapByte(Address >> 16); //交换发送地址23~16位MySPI_SwapByte(Address >> 8); //交换发送地址15~8位MySPI_SwapByte(Address); //交换发送地址7~0位for (i = 0; i < Count; i ++) //循环Count次{MySPI_SwapByte(DataArray[i]); //依次在起始地址后写入数据}MySPI_Stop(); //SPI终止W25Q64_WaitBusy(); //等待忙
}/*** 函 数：W25Q64扇区擦除（4KB）* 参 数：Address 指定扇区的地址，范围：0x000000~0x7FFFFF* 返 回 值：无*/
void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address)
{W25Q64_WriteEnable(); //写使能MySPI_Start(); //SPI起始MySPI_SwapByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB); //交换发送扇区擦除的指令MySPI_SwapByte(Address >> 16); //交换发送地址23~16位MySPI_SwapByte(Address >> 8); //交换发送地址15~8位MySPI_SwapByte(Address); //交换发送地址7~0位MySPI_Stop(); //SPI终止W25Q64_WaitBusy(); //等待忙
}/*** 函 数：W25Q64读取数据* 参 数：Address 读取数据的起始地址，范围：0x000000~0x7FFFFF* 参 数：DataArray 用于接收读取数据的数组，通过输出参数返回* 参 数：Count 要读取数据的数量，范围：0~0x800000* 返 回 值：无*/
void W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count)
{uint32_t i;MySPI_Start(); //SPI起始MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_DATA); //交换发送读取数据的指令MySPI_SwapByte(Address >> 16); //交换发送地址23~16位MySPI_SwapByte(Address >> 8); //交换发送地址15~8位MySPI_SwapByte(Address); //交换发送地址7~0位for (i = 0; i < Count; i ++) //循环Count次{DataArray[i] = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE); //依次在起始地址后读取数据}MySPI_Stop(); //SPI终止
}
