代码收藏家 STM32单片机串口通信应用详解
1 引 言
在嵌入式系统开发中，掌握各种外设接口的使用是关键技能之一。UART（通用异步收发传输器）和SPI（串行外围接口）是常见的通信接口，通过它们可以实现微控制器与外部设备之间的数据交换。本实验的目的是通过实际操作，熟悉STM32F103微控制器上UART1和SPI接口的配置与使用方法。
2 实验目的
1.掌握STM32F103的UART1的使用
2.掌握STM32F103的SPI读写的使用
3 实验内容
3.1通信概念及分类
单片机为了拓展硬件资源需要和各种外设通信，有的传输距离远、有的需要传输速度快，有的需要抗干扰强，这就需要不同的通信方式。UART（通用异步收发传输器）和SPI（串行外围接口）是两种常用的通信接口。
UART接口因其简单易用和稳定性高，被广泛应用于短距离、低速的通信场合。
而SPI接口则因其高速和全双工通信特点，常用于需要快速数据传输的场合，如存储器读写、传感器数据采集等。
3.2数据传送的方式-串行通讯与并行通讯
串行通讯 USART /SPI：
1.设备之间通过少量数据信号线(一般是 8 根以下)，地线以及控制信号线
2.按数据位形式一位一位地传输数据的通讯方式
并行通讯：
1.使用多个数据线进行传输
2.像多个车道的公路，可以同时传输多个数据位的数据
图1 特性分析
3.3 数据通讯方向-全双工、半双工及单工通讯
根据数据通讯的方向，通讯又分为全双工、半双工及单工通讯:
1.全双工的通讯就是一个双向车道，两个方向上的车流互不相干；
2.半双工则像乡间小道那样，同一时刻只能让一辆小车通过，另一方向的来车只能等待道路 空出来时才能经过；
3.单工则像单行道，另一方向的车辆完全禁止通行。
3.4数据同步方式-同步通讯与异步通讯
同步通讯：收发设备双方会使用一根信号线表示时钟信号，在时钟信号的驱动下 双方进行协调，同步数据
异步通讯：不使用时钟信号进行数据同步，它们直接在数据信号中穿插一些同步用的信号位，或者把主体数据进行打包，以数据帧的格式传输数据
3.5串口通讯硬件
串口通讯(Serial Communication)是一种设备间非常有用的串行通讯方式
1.简单双向串口通信有两根通信线（发送端TX和接收端RX）
2.TX与RX要交叉连接
3.当只需单向的数据传输时，可以只接一根通信线
4.当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片
图2 串口通讯接线图
3.6通信接口及协议
图3 各通信接口的通信协议
3.7串口协议层参数及时序
波特率：串口通信的速率， 如4800、9600、115200
起始位：标志一个数据帧的开始，固定为低电平
数据位：数据帧的有效载荷，1为高电平，0为低电平，低位先行
校验位：用于数据验证，根据数据位计算得来
停止位：用于数据帧间隔，固定为高电平
图4 串口协议时序
传输一帧数据示例
假设传输一帧包含8个数据位、1个校验位和1个停止位的数据帧，总长度为11位。
起始位：固定为0。
数据位：假设数据为 0b10101010（即十进制的170）。
校验位：根据奇偶校验规则计算（假设为偶校验）。
停止位：固定为1。
3.8 USART
USART:通用同步异步收发器 (Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter)
串行通信设备，可以灵活地与外部设备进行全双工数据交换。
UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)：它是在 USART 基础上裁剪掉了同步通信功能，只有异步通信。
简单区分同步和异步就是看通信时需不需要对外提供时钟输出，我们平时用的串口通信基本都是UART。
3.8.1 USART-功能引脚
TX：发送数据输出引脚。
RX：接收数据输入引脚。
nRTS： 将被设置为高电平。该引脚只适用于硬件流控制。
nCTS：清除以发送(Clear To Send)，n 表示低电平有效。如果使能CTS流控制，发送器在发送下一帧数据之前会检测nCTS引脚，如果为低电平，表示可以发送数据，如果为高电平则在发送完当前数据帧之后停止发送。该引脚只适用于硬件流控制。
SCLK：发送器时钟输出引脚。这个引脚仅适用于同步模式。
图5 配置引脚图
3.8.2 USART-发送和接收控制器-标志位介绍
图6 USART-发送和接收控制器
3.8.3 编程要点
(1) 使能 RX 和 TX 引脚 GPIO 时钟和 USART 时钟；
(2) 初始化 GPIO，并将 GPIO 复用到 USART 上；
(3) 配置 USART 参数；
(4) 配置中断控制器并使能 USART 接收中断；
(5) 使能 USART；
(6) 在 USART 接收中断服务函数实现数据接收和发送。
3.8.4 USART 实验步骤
硬件准备
开发板：确保开发板具有USART接口，并连接好所需的电缆。
电脑：配置好终端软件，如Tera Term、PuTTY或其他串行终端软件。
串口线：用于连接开发板和电脑的串口线。
通过USART进行串行通信，开发板发送字符串到电脑，并进入中断接收等待状态。电脑发送数据后，开发板产生中断并将接收到的数据返回发送给电脑
3.9 SPI
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步，全双工支持总线挂载多设备（一主多从）的串行通信协议，通常用于短距离通信。它包含四条主要信号线：
NSS（Slave Select）：选择从设备。
SCK（Serial Clock）：时钟信号。
MOSI（Master Out Slave In）：主机输出从机输入。
MISO（Master In Slave Out）：主机输入从机输出。
在 SPI 通信中，NSS、SCK、MOSI 信号都由主机控制产生，而 MISO 信号由从机产生，主机通过该信号线读取从机的数据。MOSI 与 MISO 的信号只在 NSS 为低电平的时候才有效，在SCK 的每个时钟周期 MOSI 和 MISO 传输一位数据。
图7 SPI时序图
时序图说明
NSS 低电平：当 NSS 线为低电平时，SPI 通信开始，主机选择从机进行通信。在整个低电平期间，主机和从机之间的通信有效。
SCK 时钟信号：SCK 信号由主机产生，每一个时钟周期（即一个上升沿到下一个上升沿）代表一位数据的传输。在 SCK 的上升沿或下降沿（取决于 SPI 模式），MOSI 和 MISO 线上分别传输和接收数据位。
MOSI 数据传输：MOSI 线上，数据在 SCK 时钟信号的每个有效沿传输。
MISO 数据接收：MISO 线上，数据在 SCK 时钟信号的每个有效沿传输。
关键点
数据同步：SPI 是一种同步通信协议，数据传输和接收都由时钟信号（SCK）同步进行。
时钟极性和相位（SPI 模式）：SCK 的上升沿或下降沿决定了数据的采样时间，这由 SPI 模式决定。常见的四种模式分别为：
模式0：CPOL = 0, CPHA = 0（时钟空闲状态为低电平，数据在上升沿采样）
模式1：CPOL = 0, CPHA = 1（时钟空闲状态为低电平，数据在下降沿采样）
模式2：CPOL = 1, CPHA = 0（时钟空闲状态为高电平，数据在下降沿采样）
模式3：CPOL = 1, CPHA = 1（时钟空闲状态为高电平，数据在上升沿采样）
3.9.1 SPI引脚
SPI 的所有硬件架构都从 MOSI、MISO、SCK 及 NSS 线展开的。
STM32 芯片有多个 SPI 外设，它们的 SPI 通讯信号引出到不同的 GPIO 引脚上，使用时必须配置到这些指定的引脚
图8 SPI引脚图
3.9.2 编程要点
(1) 初始化通讯使用的目标引脚及端口时钟；
(2) 使能 SPI 外设的时钟；
(3) 配置 SPI 外设的模式、地址、速率等参数并使能 SPI 外设；
(4) 编写基本 SPI 按字节收发的函数；
(5) 编写对 FLASH 擦除及读写操作的的函数；
(6) 编写测试程序，对读写数据进行校验。
3.9.3 SPI实验步骤
本实验是一种使用 SPI 通讯的串行 FLASH 存储芯片的读写实验为大家讲解 STM32 的SPI 使用方法。 实验中 STM32 的 SPI 外设采用主模式，通过查询事件的方式来确保正常通讯。
本实验板中的 FLASH 芯片(型号：W25Q64)是一种使用 SPI 通讯协议的 NOR FLASH 存储器，它的 CS/CLK/DIO/DO 引 脚分别连接到了STM32 对应的NSS/SCK/MOSI/MISO 的 SPI 引脚上
SPI 的基本收发单元定义好，还需要了解如何对 FLASH 芯片进行读写。
FLASH 芯片自定义了很多指令，我们通过控制 STM32 利用 SPI 总线向 FLASH 芯片发送指令，FLASH芯片收到后就会执行相应的操作。
4 深入解析
思考一（USART发送数据）
实验例程提供的串口波特率是115200，数据位8，无校验位，1位停止位。设计程序，将上位机电脑端的波特率为9600实现单片机发送“Welcome to SZTU”;设计程序将上位机数据位设为7，校验位为Odd, 停止位为2，实现“THIS IS SGIM”。在单片机中通过寄存器进行初始化，改变波特率、奇偶校验、停止位等参数，如何设置串口助手参数实现信号的正确发送和接收？
图9 修改波特率
图10发送“Welcome to SZTU”
图11 usart配置修改
图12 发送“THIS IS SGIM”
图13 设置串口助手参数
main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_usart.h"
/**
* @brief 主函数
* @param 无
* @retval 无
*/
int main(void)
{
/*初始化USART 配置模式为 115200 8-N-1，中断接收*/
USART_Config();
/* 发送一个字符串 */
Usart_SendString( DEBUG_USARTx,"THIS IS EAT\n");
printf("吃货吃吃吃吃吃吃\n\n\n\n");
while(1)
{
}
}
/*********************************************END OF FILE**********************/
bsp_usart.c
#include "bsp_usart.h"
/**
* @brief 配置嵌套向量中断控制器NVIC
* @param 无
* @retval 无
*/
static void NVIC_Configuration(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
/* 嵌套向量中断控制器组选择 */
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
/* 配置USART为中断源 */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;
/* 抢断优先级*/
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
/* 子优先级 */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
/* 使能中断 */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
/* 初始化配置NVIC */
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
/**
* @brief USART GPIO 配置,工作参数配置
* @param 无
* @retval 无
*/
void USART_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
// 打开串口GPIO的时钟
DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE);
// 打开串口外设的时钟
DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);
// 将USART Tx的GPIO配置为推挽复用模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
// 将USART Rx的GPIO配置为浮空输入模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
// 配置串口的工作参数
// 配置波特率
USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
// 配置 针数据字长
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
// 配置停止位
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_2;
// 配置校验位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_Odd;
// 配置硬件流控制
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =
USART_HardwareFlowControl_None;
// 配置工作模式，收发一起
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
// 完成串口的初始化配置
USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure);
// 串口中断优先级配置
NVIC_Configuration();
// 使能串口接收中断
USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);
// 使能串口
USART_Cmd(DEBUG_USARTx, ENABLE);
}
/***************** 发送一个字节 **********************/
void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch)
{
/* 发送一个字节数据到USART */
USART_SendData(pUSARTx,ch);
/* 等待发送数据寄存器为空 */
while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
/****************** 发送8位的数组 ************************/
void Usart_SendArray( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t *array, uint16_t num)
{
uint8_t i;
for(i=0; i<num; i++)
{
/* 发送一个字节数据到USART */
Usart_SendByte(pUSARTx,array[i]);
}
/* 等待发送完成 */
while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC)==RESET);
}
/***************** 发送字符串 **********************/
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str)
{
unsigned int k=0;
do
{
Usart_SendByte( pUSARTx, *(str + k) );
k++;
} while(*(str + k)!='\0');
/* 等待发送完成 */
while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC)==RESET)
{}
}
/***************** 发送一个16位数 **********************/
void Usart_SendHalfWord( USART_TypeDef * pUSARTx, uint16_t ch)
{
uint8_t temp_h, temp_l;
/* 取出高八位 */
temp_h = (ch&0XFF00)>>8;
/* 取出低八位 */
temp_l = ch&0XFF;
/* 发送高八位 */
USART_SendData(pUSARTx,temp_h);
while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
/* 发送低八位 */
USART_SendData(pUSARTx,temp_l);
while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
///重定向c库函数printf到串口，重定向后可使用printf函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
/* 发送一个字节数据到串口 */
USART_SendData(DEBUG_USARTx, (uint8_t) ch);
/* 等待发送完毕 */
while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
return (ch);
}
///重定向c库函数scanf到串口，重写向后可使用scanf、getchar等函数
int fgetc(FILE *f)
{
/* 等待串口输入数据 */
while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
return (int)USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
}
bsp_usart.h
#ifndef __USART_H
#define __USART_H
#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>
/**
* 串口宏定义，不同的串口挂载的总线和IO不一样，移植时需要修改这几个宏
* 1-修改总线时钟的宏，uart1挂载到apb2总线，其他uart挂载到apb1总线
* 2-修改GPIO的宏
*/
// 串口1-USART1
#define DEBUG_USARTx USART1
#define DEBUG_USART_CLK RCC_APB2Periph_USART1
#define DEBUG_USART_APBxClkCmd RCC_APB2PeriphClockCmd
#define DEBUG_USART_BAUDRATE 115200
// USART GPIO 引脚宏定义
#define DEBUG_USART_GPIO_CLK (RCC_APB2Periph_GPIOA)
#define DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd RCC_APB2PeriphClockCmd
#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT GPIOA
#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN GPIO_Pin_9
#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT GPIOA
#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN GPIO_Pin_10
#define DEBUG_USART_IRQ USART1_IRQn
#define DEBUG_USART_IRQHandler USART1_IRQHandler
// 串口2-USART2
//#define DEBUG_USARTx USART2
//#define DEBUG_USART_CLK RCC_APB1Periph_USART2
//#define DEBUG_USART_APBxClkCmd RCC_APB1PeriphClockCmd
//#define DEBUG_USART_BAUDRATE 115200
USART GPIO 引脚宏定义
//#define DEBUG_USART_GPIO_CLK (RCC_APB2Periph_GPIOA)
//#define DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd RCC_APB2PeriphClockCmd
//
//#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT GPIOA
//#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN GPIO_Pin_2
//#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT GPIOA
//#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN GPIO_Pin_3
//#define DEBUG_USART_IRQ USART2_IRQn
//#define DEBUG_USART_IRQHandler USART2_IRQHandler
// 串口3-USART3
//#define DEBUG_USARTx USART3
//#define DEBUG_USART_CLK RCC_APB1Periph_USART3
//#define DEBUG_USART_APBxClkCmd RCC_APB1PeriphClockCmd
//#define DEBUG_USART_BAUDRATE 115200
USART GPIO 引脚宏定义
//#define DEBUG_USART_GPIO_CLK (RCC_APB2Periph_GPIOB)
//#define DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd RCC_APB2PeriphClockCmd
//
//#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT GPIOB
//#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN GPIO_Pin_10
//#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT GPIOB
//#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN GPIO_Pin_11
//#define DEBUG_USART_IRQ USART3_IRQn
//#define DEBUG_USART_IRQHandler USART3_IRQHandler
// 串口4-UART4
//#define DEBUG_USARTx UART4
//#define DEBUG_USART_CLK RCC_APB1Periph_UART4
//#define DEBUG_USART_APBxClkCmd RCC_APB1PeriphClockCmd
//#define DEBUG_USART_BAUDRATE 115200
USART GPIO 引脚宏定义
//#define DEBUG_USART_GPIO_CLK (RCC_APB2Periph_GPIOC)
//#define DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd RCC_APB2PeriphClockCmd
//
//#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT GPIOC
//#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN GPIO_Pin_10
//#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT GPIOC
//#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN GPIO_Pin_11
//#define DEBUG_USART_IRQ UART4_IRQn
//#define DEBUG_USART_IRQHandler UART4_IRQHandler
// 串口5-UART5
//#define DEBUG_USARTx UART5
//#define DEBUG_USART_CLK RCC_APB1Periph_UART5
//#define DEBUG_USART_APBxClkCmd RCC_APB1PeriphClockCmd
//#define DEBUG_USART_BAUDRATE 115200
USART GPIO 引脚宏定义
//#define DEBUG_USART_GPIO_CLK (RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_GPIOD)
//#define DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd RCC_APB2PeriphClockCmd
//
//#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT GPIOC
//#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN GPIO_Pin_12
//#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT GPIOD
//#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN GPIO_Pin_2
//#define DEBUG_USART_IRQ UART5_IRQn
//#define DEBUG_USART_IRQHandler UART5_IRQHandler
void USART_Config(void);
void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch);
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str);
void Usart_SendHalfWord( USART_TypeDef * pUSARTx, uint16_t ch);
#endif /* __USART_H */
思考二（USART实现“地址码 功能码 校验码”的数据发送）
为了确保通信的正确，降低误码率，工业使用异步串口通信通常需要设计一个协议标准，比如以“AA”表示开始，增加CRC校验作为结尾。设计程序实现“地址码 功能码 校验码”的数据发送。比如“AA 33 XX”,其中AA为地址码，33为发送的数据，XX是计算的CRC校验码（CRC校验可以参考网络CRC计算程序CRC（循环冗余校验）在线计算_ip33.com）。
图14 CRC计算代码
图15 实现“地址码 功能码 数据 校验码”发送的函数
图16 主函数
在bsp_usart.c中添加
#define POLY 0x1021
uint16_t calculate_crc(uint8_t *data, uint16_t length) {
uint16_t crc = 0xFFFF;
for (uint16_t i = 0; i < length; i++) {
crc ^= (uint16_t)data[i] << 8;
for (uint8_t j = 0; j < 8; j++) {
if (crc & 0x8000) {
crc = (crc << 1) ^ POLY;
} else {
crc = crc << 1;
}
}
}
return crc;
}
void send_packet(uint8_t address, uint8_t function, uint8_t data) {
uint8_t packet[6];
packet[0] = 0xAA; // 起始符
packet[1] = address;
packet[2] = function;
packet[3] = data;
uint16_t crc = calculate_crc(packet, 4);
packet[4] = crc & 0xFF; // CRC低字节
packet[5] = (crc >> 8) & 0xFF; // CRC高字节
// 通过串口发送数据包
for (int i = 0; i < 6; i++) {
USART_SendData(DEBUG_USARTx, packet[i]);
while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
}思考三 （SPI流程）
画出SPI_FLASH_BufferWrite和SPI_FLASH_BufferRead的流程图，具体到CS, MOSI，MISO，CLK信号值。基于例 程，设计程序实现将“SZTU”存入SPI Flash， 并通过读出值判读存入数据是否正确。
SPI_FLASH_BufferWrite 流程图
启动信号传输：拉低CS（Chip Select）使设备处于选中状态。
发送写入命令：通过MOSI（Master Out Slave In）发送写入命令。
发送地址：通过MOSI发送数据要写入的起始地址。
写入数据：通过MOSI发送数据。
停止信号传输：拉高CS结束写入过程。
SPI_FLASH_BufferRead 流程图
启动信号传输：拉低CS。
发送读取命令：通过MOSI发送读取命令。
发送地址：通过MOSI发送要读取数据的起始地址。
读取数据：通过MISO（Master In Slave Out）接收数据。
停止信号传输：拉高CS结束读取过程。
图17 SPI_FLASH_BufferWrite流程图
图18 SPI_FLASH_BufferRead流程图
图19 读写页面流程图
图20 发送缓冲区写入SZTU
图21 将“SZTU”存入SPI Flash， 并通过读出值判读存入数据是否正确
bsp_spi_flash.c
#include "./flash/bsp_spi_flash.h"
static __IO uint32_t SPITimeout = SPIT_LONG_TIMEOUT;
static uint16_t SPI_TIMEOUT_UserCallback(uint8_t errorCode);
/**
* @brief SPI_FLASH初始化
* @param 无
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_Init(void)
{
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/* 使能SPI时钟 */
FLASH_SPI_APBxClock_FUN ( FLASH_SPI_CLK, ENABLE );
/* 使能SPI引脚相关的时钟 */
FLASH_SPI_CS_APBxClock_FUN ( FLASH_SPI_CS_CLK|FLASH_SPI_SCK_CLK|
FLASH_SPI_MISO_PIN|FLASH_SPI_MOSI_PIN, ENABLE );
/* 配置SPI的 CS引脚，普通IO即可 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_CS_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_Init(FLASH_SPI_CS_PORT, &GPIO_InitStructure);
/* 配置SPI的 SCK引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_SCK_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(FLASH_SPI_SCK_PORT, &GPIO_InitStructure);
/* 配置SPI的 MISO引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_MISO_PIN;
GPIO_Init(FLASH_SPI_MISO_PORT, &GPIO_InitStructure);
/* 配置SPI的 MOSI引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_MOSI_PIN;
GPIO_Init(FLASH_SPI_MOSI_PORT, &GPIO_InitStructure);
/* 停止信号 FLASH: CS引脚高电平*/
SPI_FLASH_CS_HIGH();
/* SPI 模式配置 */
// FLASH芯片 支持SPI模式0及模式3，据此设置CPOL CPHA
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
SPI_Init(FLASH_SPIx , &SPI_InitStructure);
/* 使能 SPI */
SPI_Cmd(FLASH_SPIx , ENABLE);
}
/**
* @brief 擦除FLASH扇区
* @param SectorAddr：要擦除的扇区地址
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_SectorErase(u32 SectorAddr)
{
/* 发送FLASH写使能命令 */
SPI_FLASH_WriteEnable();
SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
/* 擦除扇区 */
/* 选择FLASH: CS低电平 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送扇区擦除指令*/
SPI_FLASH_SendByte(W25X_SectorErase);
/*发送擦除扇区地址的高位*/
SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF0000) >> 16);
/* 发送擦除扇区地址的中位 */
SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF00) >> 8);
/* 发送擦除扇区地址的低位 */
SPI_FLASH_SendByte(SectorAddr & 0xFF);
/* 停止信号 FLASH: CS 高电平 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
/* 等待擦除完毕*/
SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
}
/**
* @brief 擦除FLASH扇区，整片擦除
* @param 无
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_BulkErase(void)
{
/* 发送FLASH写使能命令 */
SPI_FLASH_WriteEnable();
/* 整块 Erase */
/* 选择FLASH: CS低电平 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送整块擦除指令*/
SPI_FLASH_SendByte(W25X_ChipErase);
/* 停止信号 FLASH: CS 高电平 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
/* 等待擦除完毕*/
SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
}
/**
* @brief 对FLASH按页写入数据，调用本函数写入数据前需要先擦除扇区
* @param pBuffer，要写入数据的指针
* @param WriteAddr，写入地址
* @param NumByteToWrite，写入数据长度，必须小于等于SPI_FLASH_PerWritePageSize
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_PageWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite)
{
/* 发送FLASH写使能命令 */
SPI_FLASH_WriteEnable();
/* 选择FLASH: CS低电平 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 写页写指令*/
SPI_FLASH_SendByte(W25X_PageProgram);
/*发送写地址的高位*/
SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF0000) >> 16);
/*发送写地址的中位*/
SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF00) >> 8);
/*发送写地址的低位*/
SPI_FLASH_SendByte(WriteAddr & 0xFF);
if(NumByteToWrite > SPI_FLASH_PerWritePageSize)
{
NumByteToWrite = SPI_FLASH_PerWritePageSize;
FLASH_ERROR("SPI_FLASH_PageWrite too large!");
}
/* 写入数据*/
while (NumByteToWrite--)
{
/* 发送当前要写入的字节数据 */
SPI_FLASH_SendByte(*pBuffer);
/* 指向下一字节数据 */
pBuffer++;
}
/* 停止信号 FLASH: CS 高电平 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
/* 等待写入完毕*/
SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
}
/**
* @brief 对FLASH写入数据，调用本函数写入数据前需要先擦除扇区
* @param pBuffer，要写入数据的指针
* @param WriteAddr，写入地址
* @param NumByteToWrite，写入数据长度
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_BufferWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite)
{
u8 NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0, temp = 0;
/*mod运算求余，若writeAddr是SPI_FLASH_PageSize整数倍，运算结果Addr值为0*/
Addr = WriteAddr % SPI_FLASH_PageSize;
/*差count个数据值，刚好可以对齐到页地址*/
count = SPI_FLASH_PageSize - Addr;
/*计算出要写多少整数页*/
NumOfPage = NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize;
/*mod运算求余，计算出剩余不满一页的字节数*/
NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize;
/* Addr=0,则WriteAddr 刚好按页对齐 aligned */
if (Addr == 0)
{
/* NumByteToWrite < SPI_FLASH_PageSize */
if (NumOfPage == 0)
{
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);
}
else /* NumByteToWrite > SPI_FLASH_PageSize */
{
/*先把整数页都写了*/
while (NumOfPage--)
{
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize);
WriteAddr += SPI_FLASH_PageSize;
pBuffer += SPI_FLASH_PageSize;
}
/*若有多余的不满一页的数据，把它写完*/
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
}
}
/* 若地址与 SPI_FLASH_PageSize 不对齐 */
else
{
/* NumByteToWrite < SPI_FLASH_PageSize */
if (NumOfPage == 0)
{
/*当前页剩余的count个位置比NumOfSingle小，一页写不完*/
if (NumOfSingle > count)
{
temp = NumOfSingle - count;
/*先写满当前页*/
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);
WriteAddr += count;
pBuffer += count;
/*再写剩余的数据*/
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, temp);
}
else /*当前页剩余的count个位置能写完NumOfSingle个数据*/
{
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);
}
}
else /* NumByteToWrite > SPI_FLASH_PageSize */
{
/*地址不对齐多出的count分开处理，不加入这个运算*/
NumByteToWrite -= count;
NumOfPage = NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize;
NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize;
/* 先写完count个数据，为的是让下一次要写的地址对齐 */
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);
/* 接下来就重复地址对齐的情况 */
WriteAddr += count;
pBuffer += count;
/*把整数页都写了*/
while (NumOfPage--)
{
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize);
WriteAddr += SPI_FLASH_PageSize;
pBuffer += SPI_FLASH_PageSize;
}
/*若有多余的不满一页的数据，把它写完*/
if (NumOfSingle != 0)
{
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
}
}
}
}
/**
* @brief 读取FLASH数据
* @param pBuffer，存储读出数据的指针
* @param ReadAddr，读取地址
* @param NumByteToRead，读取数据长度
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_BufferRead(u8* pBuffer, u32 ReadAddr, u16 NumByteToRead)
{
/* 选择FLASH: CS低电平 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送 读 指令 */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadData);
/* 发送 读 地址高位 */
SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr & 0xFF0000) >> 16);
/* 发送 读 地址中位 */
SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr& 0xFF00) >> 8);
/* 发送 读 地址低位 */
SPI_FLASH_SendByte(ReadAddr & 0xFF);
/* 读取数据 */
while (NumByteToRead--) /* while there is data to be read */
{
/* 读取一个字节*/
*pBuffer = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* 指向下一个字节缓冲区 */
pBuffer++;
}
/* 停止信号 FLASH: CS 高电平 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
}
/**
* @brief 读取FLASH ID
* @param 无
* @retval FLASH ID
*/
u32 SPI_FLASH_ReadID(void)
{
u32 Temp = 0, Temp0 = 0, Temp1 = 0, Temp2 = 0;
/* 开始通讯：CS低电平 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送JEDEC指令，读取ID */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_JedecDeviceID);
/* 读取一个字节数据 */
Temp0 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* 读取一个字节数据 */
Temp1 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* 读取一个字节数据 */
Temp2 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* 停止通讯：CS高电平 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
/*把数据组合起来，作为函数的返回值*/
Temp = (Temp0 << 16) | (Temp1 << 8) | Temp2;
return Temp;
}
/**
* @brief 读取FLASH Device ID
* @param 无
* @retval FLASH Device ID
*/
u32 SPI_FLASH_ReadDeviceID(void)
{
u32 Temp = 0;
/* Select the FLASH: Chip Select low */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* Send "RDID " instruction */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_DeviceID);
SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* Read a byte from the FLASH */
Temp = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* Deselect the FLASH: Chip Select high */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
return Temp;
}
/*******************************************************************************
* Function Name : SPI_FLASH_StartReadSequence
* Description : Initiates a read data byte (READ) sequence from the Flash.
* This is done by driving the /CS line low to select the device,
* then the READ instruction is transmitted followed by 3 bytes
* address. This function exit and keep the /CS line low, so the
* Flash still being selected. With this technique the whole
* content of the Flash is read with a single READ instruction.
* Input : - ReadAddr : FLASH's internal address to read from.
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void SPI_FLASH_StartReadSequence(u32 ReadAddr)
{
/* Select the FLASH: Chip Select low */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* Send "Read from Memory " instruction */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadData);
/* Send the 24-bit address of the address to read from -----------------------*/
/* Send ReadAddr high nibble address byte */
SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr & 0xFF0000) >> 16);
/* Send ReadAddr medium nibble address byte */
SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr& 0xFF00) >> 8);
/* Send ReadAddr low nibble address byte */
SPI_FLASH_SendByte(ReadAddr & 0xFF);
}
/**
* @brief 使用SPI读取一个字节的数据
* @param 无
* @retval 返回接收到的数据
*/
u8 SPI_FLASH_ReadByte(void)
{
return (SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte));
}
/**
* @brief 使用SPI发送一个字节的数据
* @param byte：要发送的数据
* @retval 返回接收到的数据
*/
u8 SPI_FLASH_SendByte(u8 byte)
{
SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
/* 等待发送缓冲区为空，TXE事件 */
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPIx , SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET)
{
if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(0);
}
/* 写入数据寄存器，把要写入的数据写入发送缓冲区 */
SPI_I2S_SendData(FLASH_SPIx , byte);
SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
/* 等待接收缓冲区非空，RXNE事件 */
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPIx , SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET)
{
if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(1);
}
/* 读取数据寄存器，获取接收缓冲区数据 */
return SPI_I2S_ReceiveData(FLASH_SPIx );
}
/**
* @brief 使用SPI发送两个字节的数据
* @param byte：要发送的数据
* @retval 返回接收到的数据
*/
u16 SPI_FLASH_SendHalfWord(u16 HalfWord)
{
SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
/* 等待发送缓冲区为空，TXE事件 */
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPIx , SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET)
{
if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(2);
}
/* 写入数据寄存器，把要写入的数据写入发送缓冲区 */
SPI_I2S_SendData(FLASH_SPIx , HalfWord);
SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
/* 等待接收缓冲区非空，RXNE事件 */
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPIx , SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET)
{
if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(3);
}
/* 读取数据寄存器，获取接收缓冲区数据 */
return SPI_I2S_ReceiveData(FLASH_SPIx );
}
/**
* @brief 向FLASH发送 写使能 命令
* @param none
* @retval none
*/
void SPI_FLASH_WriteEnable(void)
{
/* 通讯开始：CS低 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送写使能命令*/
SPI_FLASH_SendByte(W25X_WriteEnable);
/*通讯结束：CS高 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
}
/* WIP(busy)标志，FLASH内部正在写入 */
#define WIP_Flag 0x01
/**
* @brief 等待WIP(BUSY)标志被置0，即等待到FLASH内部数据写入完毕
* @param none
* @retval none
*/
void SPI_FLASH_WaitForWriteEnd(void)
{
u8 FLASH_Status = 0;
/* 选择 FLASH: CS 低 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送 读状态寄存器 命令 */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadStatusReg);
/* 若FLASH忙碌，则等待 */
do
{
/* 读取FLASH芯片的状态寄存器 */
FLASH_Status = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
}
while ((FLASH_Status & WIP_Flag) == SET); /* 正在写入标志 */
/* 停止信号 FLASH: CS 高 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
}
//进入掉电模式
void SPI_Flash_PowerDown(void)
{
/* 通讯开始：CS低 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送 掉电 命令 */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_PowerDown);
/*通讯结束：CS高 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
}
//唤醒
void SPI_Flash_WAKEUP(void)
{
/*选择 FLASH: CS 低 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送 上电 命令 */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReleasePowerDown);
/* 停止信号 FLASH: CS 高 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
}
/**
* @brief 等待超时回调函数
* @param None.
* @retval None.
*/
static uint16_t SPI_TIMEOUT_UserCallback(uint8_t errorCode)
{
/* 等待超时后的处理,输出错误信息 */
FLASH_ERROR("SPI 等待超时!errorCode = %d",errorCode);
return 0;
}
/*********************************************END OF FILE**********************/
bsp_spi_flash.h
#ifndef __SPI_FLASH_H
#define __SPI_FLASH_H
#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>
//#define sFLASH_ID 0xEF3015 //W25X16
//#define sFLASH_ID 0xEF4015 //W25Q16
//#define sFLASH_ID 0XEF4018 //W25Q128
#define sFLASH_ID 0XEF4017 //W25Q64
#define SPI_FLASH_PageSize 256
#define SPI_FLASH_PerWritePageSize 256
/*命令定义-开头*******************************/
#define W25X_WriteEnable 0x06
#define W25X_WriteDisable 0x04
#define W25X_ReadStatusReg 0x05
#define W25X_WriteStatusReg 0x01
#define W25X_ReadData 0x03
#define W25X_FastReadData 0x0B
#define W25X_FastReadDual 0x3B
#define W25X_PageProgram 0x02
#define W25X_BlockErase 0xD8
#define W25X_SectorErase 0x20
#define W25X_ChipErase 0xC7
#define W25X_PowerDown 0xB9
#define W25X_ReleasePowerDown 0xAB
#define W25X_DeviceID 0xAB
#define W25X_ManufactDeviceID 0x90
#define W25X_JedecDeviceID 0x9F
/* WIP(busy)标志，FLASH内部正在写入 */
#define WIP_Flag 0x01
#define Dummy_Byte 0xFF
/*命令定义-结尾*******************************/
/*SPI接口定义-开头****************************/
#define FLASH_SPIx SPI1
#define FLASH_SPI_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define FLASH_SPI_CLK RCC_APB2Periph_SPI1
//CS(NSS)引脚 片选选普通GPIO即可
#define FLASH_SPI_CS_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define FLASH_SPI_CS_CLK RCC_APB2Periph_GPIOA
#define FLASH_SPI_CS_PORT GPIOA
#define FLASH_SPI_CS_PIN GPIO_Pin_4
//SCK引脚
#define FLASH_SPI_SCK_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define FLASH_SPI_SCK_CLK RCC_APB2Periph_GPIOA
#define FLASH_SPI_SCK_PORT GPIOA
#define FLASH_SPI_SCK_PIN GPIO_Pin_5
//MISO引脚
#define FLASH_SPI_MISO_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define FLASH_SPI_MISO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOA
#define FLASH_SPI_MISO_PORT GPIOA
#define FLASH_SPI_MISO_PIN GPIO_Pin_6
//MOSI引脚
#define FLASH_SPI_MOSI_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define FLASH_SPI_MOSI_CLK RCC_APB2Periph_GPIOA
#define FLASH_SPI_MOSI_PORT GPIOA
#define FLASH_SPI_MOSI_PIN GPIO_Pin_7
#define SPI_FLASH_CS_LOW() GPIO_ResetBits( FLASH_SPI_CS_PORT, FLASH_SPI_CS_PIN )
#define SPI_FLASH_CS_HIGH() GPIO_SetBits( FLASH_SPI_CS_PORT, FLASH_SPI_CS_PIN )
/*SPI接口定义-结尾****************************/
/*等待超时时间*/
#define SPIT_FLAG_TIMEOUT ((uint32_t)0x1000)
#define SPIT_LONG_TIMEOUT ((uint32_t)(10 * SPIT_FLAG_TIMEOUT))
/*信息输出*/
#define FLASH_DEBUG_ON 1
#define FLASH_INFO(fmt,arg...) printf("<<-FLASH-INFO->> "fmt"\n",##arg)
#define FLASH_ERROR(fmt,arg...) printf("<<-FLASH-ERROR->> "fmt"\n",##arg)
#define FLASH_DEBUG(fmt,arg...) do{\
if(FLASH_DEBUG_ON)\
printf("<<-FLASH-DEBUG->> [%d]"fmt"\n",__LINE__, ##arg);\
}while(0)
void SPI_FLASH_Init(void);
void SPI_FLASH_SectorErase(u32 SectorAddr);
void SPI_FLASH_BulkErase(void);
void SPI_FLASH_PageWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite);
void SPI_FLASH_BufferWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite);
void SPI_FLASH_BufferRead(u8* pBuffer, u32 ReadAddr, u16 NumByteToRead);
u32 SPI_FLASH_ReadID(void);
u32 SPI_FLASH_ReadDeviceID(void);
void SPI_FLASH_StartReadSequence(u32 ReadAddr);
void SPI_Flash_PowerDown(void);
void SPI_Flash_WAKEUP(void);
u8 SPI_FLASH_ReadByte(void);
u8 SPI_FLASH_SendByte(u8 byte);
u16 SPI_FLASH_SendHalfWord(u16 HalfWord);
void SPI_FLASH_WriteEnable(void);
void SPI_FLASH_WaitForWriteEnd(void);
#endif /* __SPI_FLASH_H */
作者：末时清
