一、SPI简介

1、全双工与半双工

2、同步与异步

3、SPI通信方式

二、SPI工作模式

三、W25Q128BV

1、读ID Read Manufacturer/Device ID（90h）

2、读ID代码实现（硬件SPI）

3、IO口模拟SPI时序图实现 (软件SPI) 模式3

一、SPI简介

SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。SPI是一种高速的(10Mbps),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，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议，如NRF24L01、VS1053、SD卡等。

1、全双工与半双工

a：半双工常见于485总线，即下图所示，使用的是差分信号，这样子就决定了是半双工，即任何一个传输时刻，只有一个传输方向，要么是发送，要么是接收。优点在于传输距离远，理论上达到1.2km。

d：全双工常见SPI通信，即下图所示，两边可以同时收发数据，优点是速度快，延迟小。

2、同步与异步

a：同步的典型特征：有时钟线，可以控制通信的速度。

b：异步的典型特征：约束好通信的波特率，数据帧格式.

3、SPI通信方式

根据上图我们可以看到，由于SPI是全双工，同步的通信总线，SCLK,MOSI,MISO这三个引脚可以共用于从机，根据片选引脚(/SS)来区别来区别从机（输出低电平的从机有效工作），注意：硬件连接看起来是一对多，一个主机对应多个从机，但是实际上通信只能一对一通信，当一个硬件处于通信状态(输出低电平),其他硬件处于等待状态(输出高电平)，不然容易出现数据的冲突。

SCLK（Serial Clock）：串行时钟线

MOSI（Master Output Slave Input）：主机输出数据，从机接收数据

MISO（Master Input Slave Output）：从机输出数据，主机接收数据

/SS（slave select）：从机选择，该引脚输出低电平，该引脚有效工作

二、SPI工作模式

SPI总线有四种工作模式，其中使用最为广泛的是模式0和模式3方式。

CPOL（Clock Polarity）：时钟极性选择，为0时且SPI总线空闲时，时钟线为低电平 ; 为1时且SPI总线空闲时，时钟线为高电平。

CPHA（Clock Phase）：时钟相位选择，为0时在SCLK第一个跳变沿，主机对MISO引脚电平采样；为1时在SCLK第二个跳变沿，主机对MISO引脚电平采样 。

通过上面两张图我们可以发现，模式0是从机先发送第一个数据，模式3是主机先发送第一个数据，它们之间有什么区别呢，其实没有什么区别，作用就是做好通信前的准备，约定好数据的采集时机。

三、W25Q128BV

W25Q128BV：内存128MBit/16MType，每个可编程页256字节，支持SPI模式0和模式3。具体可以看相关手册。由于手册繁多且复杂，这边就不多做描述。

关于SPI SLASH具体描述可参考博主：(15条消息) W25Q128数据手册阅读总结_百里之外的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/qq_40993639/article/details/122053404

1、读ID Read Manufacturer/Device ID（90h）

本文我们讲一讲常用的指令中的一种，读ID Read Manufacturer/Device ID（90h），下图是完整的时序图，数据手册是分两个图来看，我这里合成一个图看着更方便一点。关于这个时序图的工作方式在手册有总结，是一段英文解释，我这边用自己的话解释这个时序图的工作原理。

在这个指令传输之前，我们要使/cs(/ss)引脚拉低，移位传输指令码90h(1001 0000)对应时钟线(CLK)0-7，每一个时钟周期对应一个Bit(比特)，紧接着我们要传输24-BIt(比特)地址(A23-A0)，其对应时钟线(CLK)8-31，也就是3个字节地址，完成上诉工作之后，厂商ID和设备ID就会发给我们主机，通信结束后，使/cs(/ss)引脚拉高。

通过读ID往往能够检测到SPI通信是否正常，也能够知道从机设备是否在线。

2、读ID代码实现（硬件SPI）

编程环境：keil5 STM32f407

首先初始化w25q128。

GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;void w25q128_init(void)
{//使能端口B的硬件时钟RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);//使能SPI1的硬件时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);//配置PB3~PB5为复用功能模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5; //指定3、4、5号引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//配置为复用功能模式GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//速度越高，功耗就越高，但是响应速度也更快GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;//不需要使能内部上下拉电阻GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);   //将PB3~PB5连接到SPI1的硬件GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_SPI1);GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource4,GPIO_AF_SPI1);  GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1);       //配置PB14为输出模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;    //指定14号引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//配置为推挽功能模式GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//速度越高，功耗就越高，但是响应速度也更快GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;//不需要使能内部上下拉电阻GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //PB14初始电平状态为高电平，因为总线空闲的时候，SS引脚（片选引脚）为高电平PBout(14)=1;//SPI1参数的配置        //硬件SPI设置  模拟SPI不需要这个则删除掉SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;//全双工SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;//主机模式SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;//每次传输最小单元为字节SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;//根据从机的手册来配置，模式3SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;//根据从机的手册来配置，模式3，第二跳变沿//由软件代码控制片选引脚     SPI_NSS_Hard表示由硬件控制引脚SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;//波特率  根据从机的手册来配置，SPI的硬件时钟=84MHz/16=5.25MHzSPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_16;//根据从机的手册来配置 MSB表示最高有效位传输SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);//使能SPI1硬件工作SPI_Cmd(SPI1,ENABLE);}

读ID

//官方代码，
uint8_t SPI1_SendByte(uint8_t byte)
{/*!< Loop while DR register in not emplty *///检测是否发送完毕while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);    /*!< Send byte through the SPI1 peripheral *///如果发送完，就把数据发送出去SPI_I2S_SendData(SPI1, byte);/*!< Wait to receive a byte */while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);/*!< Return the byte read from the SPI bus *///对方返回一个字节回来return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}void w25q128_read_id(uint8_t *m_id,uint8_t *d_id)
{W25Q128_SS=0;SPI1_SendByte(0x90);SPI1_SendByte(0x00);SPI1_SendByte(0x00);SPI1_SendByte(0x00);//这里参数随便填，从机会忽略引脚电平状态*m_id=SPI1_SendByte(0xFF);*d_id=SPI1_SendByte(0xFF);W25Q128_SS=1; //拉高结束
}

获取厂商ID和设备ID并打印

int main()
{uint8_t m_id,d_id;//串口初始化usart1_init(115200);w25q128_init();w25q128_read_id(m_id,d_id);printf("m_id=%X,d_id=%x\r\n",m_id,d_id);while(1){}
}

打印结果

从0地址连续读64字节的数据实现 Read Data(03H)

基本上不变，指令变为03H，后面就是传输连续字节，接收完一个字节，其指向会指向新的地址，每个地址都指向有效数据(会自动偏移)。

//通用写法
void w25q128_read(uint32_t addr,uint8_t *buf,uint32_t len)
{uint8_t *p = buf;//拉低开始W25Q128_SS=0;SPI1_SendByte(0x03);//假如有个地址为0x123456.SPI1_SendByte(addr>>16);    //0x12SPI1_SendByte(addr>>8);      //0x34SPI1_SendByte(addr);      //0x56while(len--){*p=SPI1_SendByte(0xFF);p++;}//拉高结束W25Q128_SS=1;
}

打印

int main()
{uint8_t m_id,d_id;uint8_t buf[64]={0};//串口初始化usart1_init(115200);w25q128_init();//读IDw25q128_read_id(m_id,d_id);printf("m_id=%X,d_id=%x\r\n",m_id,d_id);//读64字节数据w25q128_read(0,buf,sizeof buf);printf("read data:");for(i=0; i<64; i++){printf("%02X ",buf[i]);}while(1){}
}

3、IO口模拟SPI时序图实现 (软件SPI) 模式3

初始化模拟SPI w25q128

GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;
#define W25Q128_SS      PBout(14)
#define W25Q128_SCLK    PBout(3)
#define W25Q128_MOSI    PBout(5)
#define W25Q128_MISO    PBin(4)void w25q128_init(void)
{//使能端口B的硬件时钟RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);   //配置PB3 PB5 PB14为输出模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_14;  //指定3、5、14号引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//配置为输出模式GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//速度越高，功耗就越高，但是响应速度也更快GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;//不需要使能内部上下拉电阻GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);   //配置PB4为输入模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;  //指定4号引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;//配置为输入模式GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//速度越高，功耗就越高，但是响应速度也更快GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;//不需要使能内部上下拉电阻GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);  //PB14初始电平状态为高电平，因为总线空闲的时候，SS引脚（片选引脚）为高电平W25Q128_SS=1;//CPOL=1,SCLK引脚在SPI总线空闲的时候为高电平W25Q128_SCLK=1;//MOSI引脚随意电平    可高可低W25Q128_MOSI=1;}

读ID，只不过发送需要自己写

uint8_t SPI1_SendByte(uint8_t byte)
{int32_t i=0;uint8_t d=0;//一个周期的变化for(i=7; i>=0; i--){if(byte & (1<<i))W25Q128_MOSI=1;elseW25Q128_MOSI=0;W25Q128_SCLK=0;    //模式3单个周期  SCLK拉低delay_us(1);       //延时1微秒W25Q128_SCLK=1;    //模式3单个周期  SCLK拉高delay_us(1);       //延时1微秒//判断MISO是否是高电平if(W25Q128_MISO)d|=1<<i;}return d;
}void w25q128_read_id(uint8_t *m_id,uint8_t *d_id)
{W25Q128_SS=0;SPI1_SendByte(0x90);SPI1_SendByte(0x00);SPI1_SendByte(0x00);SPI1_SendByte(0x00);*m_id=SPI1_SendByte(0xFF);*d_id=SPI1_SendByte(0xFF);W25Q128_SS=1;
}

成功打印数据，与硬件SPI打印是一样的

本次就分享到这里，如看到我理解错的地方也请指正我，感谢各位的观看❤

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