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多自由度人形双足舞蹈机器人 ——疯壳·机器人开发系列 外部 Flash 读写
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# P( \- y: c, c. p1 W e0 m 1SPI 简介
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: w: L# f7 V' k& a4 k 本章将使用 IAP15W4K61S4 单片机的 SPI 接口，对外部 Flash 进行读写操作。3 E2 T5 J" w5 G2 p0 U9 E
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SPI 是一种全双工、高速、同步的通信总线，有两种操作模式：主模式和从模式。在主模式中支持高达 3Mbps 的速率（工作频率为 12MHz 时，如果 CPU 主频率采用 20MHz 到 36MHz，就可以更高，从模式时速度无法太快），还具有传输完成标志和写冲突标志保护。SPI 的功能框图如下图所示：, C1 l' u8 e& T: G( S0 m& H
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图 1
9 w' c! R* N' Q) N1 K0 v4 E SPI 接口其实是一个 8 位移位寄存器和数据缓冲器，数据可以同时发送和接收。在 SPI 数据的传输过程中，发送和接收的数据都存储在数据缓冲器中。
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' c$ |9 @0 \7 }4 [; f 对于主模式，如果要发送一个字节的数据，只需要将这个数据写到 SPDAT 寄存器中。主模式下/SS 信号不是必须的，但是在从模式下，必须在/SS 信号变为有效并接受到合适的时钟信号后，方可进行数据传输。在从模式下，如果一个字节传输完成后，/SS 信号变为高电平，这个字节立即被硬件逻辑标志为接收完成， SPI 接口准备接收下一个数据。" \# P* t( \! v* L! K* k3 ?
2硬件设计1 k5 n) c. B# k; B" B3 H8 |
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本次我们所使用的外部 Flash 是 W25X20CL，它一共有 8 个引脚。1 号引脚 CS 用于芯片的选择。2 号引脚 DO 是数据输出引脚。3 号引脚 WP 是写保护。4 号是GND。5 号 DIO 引脚既可以作为数据输入，也可以作为数据输出。6 脚 CLK 是 Flash 的串行时钟信号。第 7 脚用于暂停 SPI 的通信。最后 VCC 就是电源脚。具体的硬件连接如下图所示。
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6 P. q$ I4 g4 M& }/ k# i 图 2
3 d& J9 R& {, D0 W2 Q2 x+ c* z' W; l 3软件设计
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9 e3 D6 T2 I: r0 h# Q1 g3 w8 A 本次软件设计主要是讲解 SPI 读写外部 Flash，在此之前，先简要介绍 3 个与6 [' `+ U% A, u' h3 \
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SPI 相关的主要寄存器，其它相关寄存器可以参考官方数据手册中的相关章节。
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- O& L+ k4 q5 a/ X （1）SPI 控制寄存器 SPCTL$ P+ k. r& I- A( V! C+ L
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7 `: h* t1 x7 x2 c) ?! i 图 3& f8 T5 h* N/ @1 j, }
SSIG：SS 引脚忽略控制位。# ~ r3 U) I0 N8 e
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SSIG=1，MSTR（位 4）确定器件为主机还是从机。SSIG=0，SS 脚用于确定器件为主机还是从机。9 ~) h7 U8 C: s+ `3 |
SPEN：SPI 使能位。
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SPEN=1，SPI 使能。
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SPEN=0，SPI 被禁止，所有 SPI 引脚都作为 I/O 使用。
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DORD：设定 SPI 数据发送和接收的位顺序。DORD=1，数据字的最低位最先发送。DORD=0，数据字的最高位最先发送。4 P9 u. N* e+ X
MSTR：主/从模式选择位。CPOL：SPI 时钟极性。
+ i5 V- @" ^( S3 I' U CPOL=1，SCLK 空闲时为高电平。SCLK 的前时钟沿为下降沿而后沿为上升沿。: V1 Q+ s8 p) h! N4 c
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CPOL=0，SCLK 空闲时为低电平。SCLK 的前时钟沿为上升沿而后沿为下降沿。% _1 o1 o& l. w; Q1 J* e& v
2 g: N4 E+ c" V CPHA：SPI 时钟相位选择。' I! }- S' h; Y# }
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CPHA=1，数据在 SCLK 的前时钟沿驱动，并在后时钟沿采样。0 _, @- {& |4 s; D% Q
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CPHA=0，数据在/SS 为低时被驱动，在 SCLK 的后时钟沿被改变，并在前时钟沿被采样。3 {1 d$ E% K* Q$ ^
SPR1、SPR0：SPI 时钟频率选择控制位。如下图所示：" K1 |- d: O$ x/ x
. u* A0 X) x) }* [
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图 4
) H9 d+ f. R- ?0 y: Z( f! _' p& s0 U- k （2）SPI 状态寄存器 SPSTAT5 |: o8 H0 M* s( W
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7 M: Q$ _7 R8 H6 L, o 图 5
& t- l9 ?4 Z7 J0 S- b0 C; m- b SPIF：SPI 传输完成标志
1 I# m2 e' w W7 d" [3 f: \% b) m. H+ U# n- Z/ y+ p& R9 D
当一次串行输出完成时，SPIF 置位。此时，如果 SPI 中断被打开，则产生中断。当 SPI 处于主模式且 SSIG=0 时，如果/SS 为输入并被驱动为低电平，SPIF 也将置位，表示“模式改变”。SPIF 标志通过软件向其写入“1”清零。WCOL：SPI 写冲突标志。
: Y+ k( h+ A4 K( B$ d0 o# R 在数据传输的过程中如果对 SPI 数据寄存器 SPDAT 执行写操作，WCOL 将置位。WCOL 标志通过软件向其写入“1”清零。' c& m, m b$ r( q* @
（3）控制 SPI 功能切换的寄存器 AUXR1（P_SW1）& g. r% Q) [! U) F
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图 6
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图 7
9 C. l, T e2 ^: I- Z- i DSP：SPTR 寄存器选择位。8 M- y9 N5 Z% K/ \
* E, n3 o, q, x1 V" J 0，使用缺省数据指针 DPTR0。
' d8 f% J8 m( N& w3 _8 G1 S+ w 1，使用另一个数据指针 DPTR1。首先看一下 SPI 初始化函数。0 d1 Y! m6 {7 Q" @0 b5 z
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; `0 r' @3 i4 w n, K0 {, F/ s/ ~: [. R 代码1# J4 H! O5 k" t3 H7 F
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SPI 初始化函数，其实就是配置 SPI 相关寄存器的几个位。当然，大家也可以按照自己的实际需求进行配置。
9 Y+ v: B. t q% _# _ 完成 SPI 初始化之后，就可以使用 SPI 发送接收函数。1 u' y8 @9 G7 P6 J/ v
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" L0 s' C( L$ c2 u. ^% h 代码2
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8 ^. j' Y- Z" i 在 SPI_SendByte（u8 SPI_SendData）函数中，首先是将要发送的数据放入 SPI 数据寄存器SPDAT 中，然后判定 SPI 状态寄存器 SPTAT 中的 SPIF 位。等待数据写入完成之后，清除中断标志和写冲突标志。由于 SPI 为双工通讯，最后就能返回得到的数据。
Q5 w w- [- N0 N7 ?7 G 关 于 外 部 Flash W25X20CL 的 使 用 ， 其 实 就 是 通 过 SPI_SendByte(u8 SPI_SendData)写指令、写地址、写数据。外部 Flash 的使用方法详情可以读数据手册。
9 k f1 m" U; O6 M P- ^) x) J; u 另外，本次实验还用到了串口，串口的使用方法可以阅读前面的章节：串口控制舵机原理。/ s/ Z5 L! M4 n/ ]% q# j1 o
4 实验现象
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2 `: E4 V, T/ ?3 D( G 首先打开下载软件 STC-ISP。6 |- u! ]$ C* k$ q$ _2 d
2 J$ b; K# k4 ^/ L/ u
" G4 {' K6 z9 ~- D, y+ ~ 图 8
! s( H4 A0 K( c8 V （1）点击 Keil 仿真设置，添加 STC 相关的头文件。STC 的相关头文件路径是我们之前安装 Keil C51 的路径，如果之前采用的默认路径，那么选择 C 盘 Keil 文件夹。
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图 9$ i2 ~# b8 J( A/ G
（2）添加完 STC 相关的头文件，点击弹窗中的确定。' h: N, ~9 A. |! s$ g" H
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; ]& ]/ ?0 q4 {- ~: S 图 10
* s/ L4 @' n# @% ]0 e; R) a/ ^1 x0 z6 G8 s* Y. f
（3）设置单片机的型号、最低波特率、最高波特率如下图所示，硬件选项等选项默认即可。串口号根据实际情况选择。9 G0 C# W: H( @1 A& ~2 b0 |
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8 ^$ s$ |- G7 f: L) Z# ~ 图 11
/ A: J- e4 P% |+ v8 E （4）点击打开程序文件，选择我们例程中的.hex 文件。
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图 12
" @* t# }! u, d- d0 s1 @" E! U2 {& r （5）点击下载/编程，下载代码。) L8 l- M0 V% ^" g7 o
2 J$ ~% k; n- I5 Y4 ~0 v1 u
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图 13
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2 X: S- d3 j. s' Y2 x8 x （6）按一下电路板上面的 RST 按键，完成下载。
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" U, _' H" H7 N8 P% j( p2 _$ e
图 145 j4 g; ^7 }) C$ t+ L( a. i
代码下载完成之后，打开串口调试助手，如下图所示。1 T2 O" K8 X/ R1 F
- S0 F$ V& K2 I/ _ （1）选择串口号，我们图中是 COM1，这个根据实际情况选择。/ b; M' `& o, U- G! _
- D% D8 f( P4 j) x# o5 |) I （2）配置串口参数，波特率为 115200，数据位 8，停止位 1，没有校验位和控制流，与下图一致。8 ~! Q/ v( { {1 b+ U& y
（3）点击打开串口。
3 r$ U. @+ a! z! {0 u+ q. a. D/ v7 b8 k, ~* E
2 k( y2 L$ k5 D 图 15
8 }, {3 |* Q2 B 完成上述操作，运行代码之后，就会看到串口调试助手区域 4 中会显示出读写 Flash 的数据信息。
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9 h+ ~5 k+ r) P8 G8 H- t8 m2 Z 图 16- j9 R0 }3 P' e3 E# a/ T# D
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文件下载请点击：
6_外部Flash的读写.pdf
(1.35 MB, 下载次数: 0)
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发表于 2022-8-25 11:08
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