SPI: 主控芯片与外挂芯片的通信

软件SPI，硬件SPI
四根通信线，传输更快，SCK，MOSI，MISO，SS。
硬件开销比较大，一主多从。
同步全双工。

W25Q64存储芯片，SD卡，

1. 软件时序

起始条件：SS从高电平切换到低电平
结束条件：SS从低电平切换到高电平。通信过程中SS是低电平。通信结束变成高电平。
交换1个字节，模式1：
CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平；
CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据。
交换1个字节 Byte，模式0：
CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平；
CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据。
主机和丛机，完成一个字节的数据交换，交换后，改变SS电平为高电平。

2.W25Q64 存储芯片 简介

MySPI.h

#ifndef __MYSPI_H
#define __MYSPI_H
void MySPI_Init(void);
void MySPI_Start(void);
void MySPI_Stop(void);
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend);
#endif

MySPI.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/*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0~1
  * 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MOSI为低电平，当BitValue为1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
    {
        /*两个!可以对数据进行两次逻辑取反，作用是把非0值统一转换为1，即：!!(0) = 0，!!(非0) = 1*/
        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()){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0
        MySPI_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_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 W25Q64_FAST_READ_DUAL_OUTPUT                0x3B
#define W25Q64_FAST_READ_DUAL_IO                    0xBB
#define W25Q64_FAST_READ_QUAD_OUTPUT                0x6B
#define W25Q64_FAST_READ_QUAD_IO                    0xEB
#define W25Q64_OCTAL_WORD_READ_QUAD_IO              0xE3

#define W25Q64_DUMMY_BYTE                           0xFF
#endif

W25Q64.h .c

#ifndef __W25Q64_H
#define __W25Q64_H

void 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

#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：W25Q64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;                              //超时退出，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，最高位的1字节
    MySPI_SwapByte(Address >> 8);               //交换发送地址15~8位，第2个的字节
    MySPI_SwapByte(Address);                    //交换发送地址7~0位，最低位的一个字节
    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
    {   //置换读取，有用的数据
        DataArray[i] = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);   //依次在起始地址后读取数据
    }
    MySPI_Stop();                               //SPI终止
}

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "W25Q64.h"

uint8_t MID;                            //定义用于存放MID号的变量
uint16_t DID;                           //定义用于存放DID号的变量
uint8_t ArrayWrite[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04};    //定义要写入数据的测试数组
uint8_t ArrayRead[4];                               //定义要读取数据的测试数组

int main(void)
{
    /*模块初始化*/
    OLED_Init();                        //OLED初始化
    W25Q64_Init();                      //W25Q64初始化
    /*显示静态字符串*/
    OLED_ShowString(1, 1, "MID:   DID:");
    OLED_ShowString(2, 1, "W:");
    OLED_ShowString(3, 1, "R:");
    
    /*显示ID号*/
    W25Q64_ReadID(&MID, &DID);          //获取W25Q64的ID号
    OLED_ShowHexNum(1, 5, MID, 2);      //显示MID
    OLED_ShowHexNum(1, 12, DID, 4);     //显示DID
    
    /*W25Q64功能函数测试*/
    W25Q64_SectorErase(0x000000);                   //扇区擦除
    W25Q64_PageProgram(0x000000, ArrayWrite, 4);    //将写入数据的测试数组写入到W25Q64中
    W25Q64_ReadData(0x000000, ArrayRead, 4);        //读取刚写入的测试数据到读取数据的测试数组中
    
    /*显示数据*/
    OLED_ShowHexNum(2, 3, ArrayWrite[0], 2);        //显示写入数据的测试数组
    OLED_ShowHexNum(2, 6, ArrayWrite[1], 2);
    OLED_ShowHexNum(2, 9, ArrayWrite[2], 2);
    OLED_ShowHexNum(2, 12, ArrayWrite[3], 2);
    
    OLED_ShowHexNum(3, 3, ArrayRead[0], 2);         //显示读取到数据的测试数组
    OLED_ShowHexNum(3, 6, ArrayRead[1], 2);
    OLED_ShowHexNum(3, 9, ArrayRead[2], 2);
    OLED_ShowHexNum(3, 12, ArrayRead[3], 2);
    
    while (1)
    {
    }
}