软件和硬件SPI通信模组的实例分析

开工了，开工了，新年新气象，软件和硬件SPI方式都有，可以参考

一、SPI的通信原理

SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。

• SDO     – 主设备数据输出，从设备数据输入 对应MOSI master output slave input
• SDI      – 主设备数据输入，从设备数据输出  对应MISO master input slave output
• SCLK   – 时钟信号，由主设备产生
• CS        – 从设备使能信号，由主设备控制

CS: 其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效，这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。

SDI/SDO/SCLK: 通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。

　　要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。

这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据，也就是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。

在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。

最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。

再看看 SPI 通讯的通讯时序，见图 SPI 通讯时序。

二、SPI的通信模式

经常忘记SPI4种工作模式，学了忘了，现在记下方便以后查阅。在芯片资料上极性和相位一般表示为CPOL（Clock POLarity）和CPHA(Clock PHAse), 极性和相位组合成4种工作模式。

CPOL CPHA

MODE0 0 0

MODE1 0 1

MODE2 1 0

MODE3 1 1

CPOL: SPI空闲时的时钟信号电平(1:高电平, 0:低电平)CPHA: SPI在时钟第几个边沿采样(1:第二个边沿开始, 0:第一个边沿开始)MODE0和MODE3最常用。

我们结合实例分析SPI模块通信，采用W25Q64，看手册如何选择通信模式

我们只能采用模式0和3，这是spi读数据

/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: bsp_spiRead1
*	功能说明: 从SPI总线接收8个bit数据。  SCK上升沿采集数据, SCK空闲时为高电平
*	形    参: 无
*	返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
uint8_t bsp_spiRead1(void)
{
#ifdef SOFT_SPI		/* 软件SPI */
	uint8_t i;
	uint8_t read = 0;

	for (i = 0; i < 8; i++)
	{
		SCK_0();
		bsp_spiDelay();
		read = read << 1;
		if (MISO_IS_HIGH())
		{
			read++;
		}
		SCK_1();
		bsp_spiDelay();
	}
	return read;
#endif

#ifdef HARD_SPI		/* 硬件SPI */
	uint8_t read;

	/* 等待发送缓冲区空 */
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);

	/* 发送一个字节 */
	SPI_I2S_SendData(SPI1, 0);

	/* 等待数据接收完毕 */
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);

	/* 读取接收到的数据 */
	read = SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);

	/* 返回读到的数据 */
	return read;
#endif
}

这是写数据

/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: bsp_spiWrite0
*	功能说明: 向SPI总线发送一个字节。SCK上升沿采集数据, SCK空闲时为低电平。
*	形    参: 无
*	返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_spiWrite0(uint8_t _ucByte)
{
#ifdef SOFT_SPI		/* 软件SPI */
	uint8_t i;

	for(i = 0; i < 8; i++)
	{
		if (_ucByte & 0x80)
		{
			MOSI_1();
		}
		else
		{
			MOSI_0();
		}
		bsp_spiDelay();
		SCK_1();
		_ucByte <<= 1;
		bsp_spiDelay();
		SCK_0();
	}
	bsp_spiDelay();
#endif

#ifdef HARD_SPI		/* 硬件SPI */
	/* 等待发送缓冲区空 */
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);

	/* 发送一个字节 */
	SPI_I2S_SendData(SPI1, _ucByte);

	/* 等待数据接收完毕 */
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);

	/* 读取接收到的数据 */
	SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
#endif
}

/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: bsp_spiRead0
*	功能说明: 从SPI总线接收8个bit数据。 SCK上升沿采集数据, SCK空闲时为低电平。
*	形    参: 无
*	返 回 值: 读到的数据
*********************************************************************************************************
*/
uint8_t bsp_spiRead0(void)
{
#ifdef SOFT_SPI		/* 软件SPI */
	uint8_t i;
	uint8_t read = 0;

	for (i = 0; i < 8; i++)
	{
		read = read<<1;

		if (MISO_IS_HIGH())
		{
			read++;
		}
		SCK_1();
		bsp_spiDelay();
		SCK_0();
		bsp_spiDelay();
	}
	return read;
#endif

#ifdef HARD_SPI		/* 硬件SPI */
	uint8_t read;

	/* 等待发送缓冲区空 */
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);

	/* 发送一个字节 */
	SPI_I2S_SendData(SPI1, 0);

	/* 等待数据接收完毕 */
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);

	/* 读取接收到的数据 */
	read = SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);

	/* 返回读到的数据 */
	return read;
#endif
}

具体资料在配套资料