STM32单片机SPI极性和相位的设置方法

2023-10-24 来源：elecfans

SPI分主设备和从设备，两者通过SPI协议通讯。而设置SPI的模式，是从设备的模式，决定了主设备的模式。所以要先去搞懂从设备的SPI是何种模式，然后再将主设备的SPI的模式，设置和从设备相同的模式，即可正常通讯。对于从设备的SPI是什么模式，有两种：（1）固定的，有SPI从设备硬件决定的SPI从设备，具体是什么模式，相关的datasheet中会有描述，需要自己去datasheet中找到相关的描述，即：关于SPI从设备，在空闲的时候，是高电平还是低电平，即决定了CPOL是0还是1；然后再找到关于设备是在上升沿还是下降沿去采样数据，这样就是，在定了CPOL的值的前提下，对应着可以推算出CPHA是0还是1了。举例1：CC2500-Low-CostLow-Power2.4GHzRFTransceiver的datasheet中SPI的时序图是：

从图中可以看到，最开始的SCLK和结束时候的SCLK，即空闲时刻的SCLK，是低电平，推导出CPOL=0，然后可以看到数据采样的时候，即数据最中间的那一点，对应的是SCLK的第一个边沿，所以CPHA=0（此时对应的是上升沿）。举例2：SSD1289-240RGBx320TFTLCDControllerDriver的datasheet中提到：“SDIisshiftedinto8-bitshiftregisteroneveryrisingedgeofSCKintheorderofdatabit7，databit6……databit0.”意思是，数据是在上升沿采样，所以可以断定是CPOL=0，CPHA=0，或者CPOL=1，CPHA=1的模式，但是至于是哪种模式。按理来说，接下来应该再去确定SCLK空闲时候是高电平还是低电平，用以确定CPOL是0还是1，但是datasheet中没有提到这点。所以，此处，目前不太确定，是两种模式都支持，还是需要额外找证据却确定CPOL是0还是1.（2）可配置的，由软件自己设定从设备也是一个SPI控制器，4种模式都支持，此时只要自己设置为某种模式即可。然后知道了从设备的模式后，再去将SPI主设备的模式，设置为和从设备模式一样，即可。对于如何配置SPI的CPOL和CPHA的话，不多细说，多数都是直接去写对应的SPI控制器中对应寄存器中的CPOL和CPHA那两位，写0或写1即可。举例：C8051F347中的SPI就是一个SPI的controller控制器，即支持软件配置CPOL和CPHA的值，四种模式都支持，此处C8051F347作为SPI从设备，设置了CPOL=1，CPHA=0的模式，因此，此处对应主芯片中的SPI控制器，作为Master主设备，其SPI的模式也要设置为CPOL=1，CPHA=0，即可。

【SPI的读写程序设计】文中标红的是特别注意看的地方主要是熟悉flash芯片的指令集，以及存储芯片扇区和块的理解，最重要的是擦除都是以扇区擦除的方式。

本节将利用SPI来实现对外部FLASH（W25X16）的读写，并将结果显示在TFTLCD模块上。本节分为如下几个部分：

3.17.1 SPI简介

3.17.2硬件设计

3.17.3软件设计

3.17.4下载与测试

1 SPI简介

SPI是英语Serial Peripheralinterface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，STM32也有SPI接口。

SPI接口一般使用4条线：

MISO主设备数据输入，从设备数据输出。

MOSI主设备数据输出，从设备数据输入。

SCLK时钟信号，由主设备产生。

CS从设备片选信号，由主设备控制。

SPI主要特点有：可以同时发出和接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。

SPI总线四种工作方式SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相位（CPHA）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样。SPI主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性应该一致。

不同时钟相位下的总线数据传输时序见下图：

STM32单片机SPI极性和相位的设置方法

图3.17.1.1不同时钟相位下的总线传输时序（CPHA=0/1）

STM32的SPI功能很强大，SPI时钟最多可以到18Mhz，支持DMA，可以配置为SPI协议或者I2S协议。

本节，我们将利用STM32的SPI来读取外部SPIFLASH芯片（W25X16），实现类似上节的功能。这里对SPI我们只简单介绍一下SPI的使用，STM32的SPI详细介绍请参考《STM32参考手册》第422页，22节。然后我们再介绍下SPIFLASH芯片。

这节，我们使用STM32的SPI1的主模式，下面就来看看SPI1部分的设置步骤吧，STM32的主模式配置步骤如下：

1）配置相关引脚的复用功能，使能SPI1时钟。

我们要用SPI1，第一步就要是能SPI1的时钟，SPI1的时钟通过APB2ENR的第12位来设置。其次要设置SPI1的相关引脚为复用输出，这样才会连接到SPI1上否则这些IO口还是默认的状态，也就是标准输入输出口。这里我们使用的是PA5、6、7这3个（SCK.、MISO、MOSI，CS使用软件管理方式），所以设置这三个为复用IO。

2）设置SPI1工作模式。

这一步全部是通过SPI1_CR1来设置，我们设置SPI1为主机模式，设置数据格式为8位，然后通过CPOL和CPHA位来设置SCK时钟极性及采样方式。并设置SPI1的时钟频率（最大18Mhz），以及数据的格式（MSB在前还是LSB在前）。

3）使能SPI1。

这一步通过SPI1_CR1的bit6来设置，以启动SPI1，在启动之后，我们就可以开始SPI通讯了。

SPI1的使用就介绍到这里，接下来介绍一下W25X16。W25X16是华邦公司推出的继W25X10/20/40/80（从1Mb~8Mb）后容量更大的FLASH产品，W25X16的容量为16Mb，还有容量更大的W25X32/64，ALIENTEK所选择的W25X16容量为16Mb，也就是2M字节，同AT45DB161是一样大小的。

W25X16将2M的容量分为32个块（Block），每个块大小为64K字节，每个块又分为16个扇区（Sector），每个扇区4K个字节。W25X16的最少擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除4K个字节。这样我们需要给W25X16开辟一个至少4K的缓存区，这样对SRAM要求比较高（相对于AT45DB161来说），但是它有价格及供货上的优势。

W25X16的差些周期为10000次，具有20年的数据保存期限，支持电压为2.7~3.6V，W25X16支持标准的SPI，还支持双输出的SPI，最大SPI时钟可以到75Mhz（双输出时相当于150Mhz），更多的W25X16的介绍，请参考W25X16的DATASHEET。

2硬件设计

本节实验功能简介：开机的时候先检测W25X16是否存在，然后在主循环里面用1个按键用来执行写入W25X16的操作，另外一个按键用来执行读出操作，在TFTLCD模块上显示相关信息。同时用DS0提示程序正在运行。

所要用到的硬件资源如下：

1）STM32F103RBT6。

2）DS0（外部LED0）。

3）KEY0和KEY2。

4）TFTLCD液晶模块。

5）W25X16。

前面4部分的资源，我们前面已经介绍了，请大家参考相关章节。这里只介绍W25X16与STM32的连接，板上的W25X16是直接连在STM32F103RBT6上的，连接关系如下图：

STM32单片机SPI极性和相位的设置方法