【開發教程7】瘋殼·人形街舞機器人-外部 Flash 讀寫

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多自由度人形雙足舞蹈機器人

——瘋殼·機器人開發系列

外部 Flash 讀寫

    1SPI 簡介

    本章將使用 IAP15W4K61S4 單片機的 SPI 接口，對外部 Flash 進行讀寫操作。

    SPI 是一種全雙工、高速、同步的通信總線，有兩種操作模式：主模式和從模式。在主模式中支持高達 3Mbps 的速率（工作頻率為 12MHz 時，如果 CPU 主頻率采用 20MHz 到 36MHz，就可以更高，從模式時速度無法太快），還具有傳輸完成標志和寫沖突標志保護。SPI 的功能框圖如下圖所示：

   
    圖 1
    SPI 接口其實是一個 8 位移位寄存器和數據緩沖器，數據可以同時發送和接收。在 SPI 數據的傳輸過程中，發送和接收的數據都存儲在數據緩沖器中。

    對于主模式，如果要發送一個字節的數據，只需要將這個數據寫到 SPDAT 寄存器中。主模式下/SS 信號不是必須的，但是在從模式下，必須在/SS 信號變為有效并接受到合適的時鐘信號后，方可進行數據傳輸。在從模式下，如果一個字節傳輸完成后，/SS 信號變為高電平，這個字節立即被硬件邏輯標志為接收完成， SPI 接口準備接收下一個數據。
    2硬件設計

    本次我們所使用的外部 Flash 是 W25X20CL，它一共有 8 個引腳。1 號引腳 CS 用于芯片的選擇。2 號引腳 DO 是數據輸出引腳。3 號引腳 WP 是寫保護。4 號是GND。5 號 DIO 引腳既可以作為數據輸入，也可以作為數據輸出。6 腳 CLK 是 Flash 的串行時鐘信號。第 7 腳用于暫停 SPI 的通信。最后 VCC 就是電源腳。具體的硬件連接如下圖所示。

   
    圖 2
    3軟件設計

    本次軟件設計主要是講解 SPI 讀寫外部 Flash，在此之前，先簡要介紹 3 個與

    SPI 相關的主要寄存器，其它相關寄存器可以參考官方數據手冊中的相關章節。

    （1）SPI 控制寄存器 SPCTL

   
    圖 3
    SSIG：SS 引腳忽略控制位。

    SSIG=1，MSTR（位 4）確定器件為主機還是從機。SSIG=0，SS 腳用于確定器件為主機還是從機。
    SPEN：SPI 使能位。

    SPEN=1，SPI 使能。

    SPEN=0，SPI 被禁止，所有 SPI 引腳都作為 I/O 使用。

    DORD：設定 SPI 數據發送和接收的位順序。DORD=1，數據字的最低位最先發送。DORD=0，數據字的最高位最先發送。
    MSTR：主/從模式選擇位。CPOL：SPI 時鐘極性。
    CPOL=1，SCLK 空閑時為高電平。SCLK 的前時鐘沿為下降沿而后沿為上升沿。

    CPOL=0，SCLK 空閑時為低電平。SCLK 的前時鐘沿為上升沿而后沿為下降沿。

    CPHA：SPI 時鐘相位選擇。

    CPHA=1，數據在 SCLK 的前時鐘沿驅動，并在后時鐘沿采樣。

    CPHA=0，數據在/SS 為低時被驅動，在 SCLK 的后時鐘沿被改變，并在前時鐘沿被采樣。
    SPR1、SPR0：SPI 時鐘頻率選擇控制位。如下圖所示：

   
    圖 4
    （2）SPI 狀態寄存器 SPSTAT

   
    圖 5
    SPIF：SPI 傳輸完成標志

    當一次串行輸出完成時，SPIF 置位。此時，如果 SPI 中斷被打開，則產生中斷。當 SPI 處于主模式且 SSIG=0 時，如果/SS 為輸入并被驅動為低電平，SPIF 也將置位，表示“模式改變”。SPIF 標志通過軟件向其寫入“1”清零。WCOL：SPI 寫沖突標志。
    在數據傳輸的過程中如果對 SPI 數據寄存器 SPDAT 執行寫操作，WCOL 將置位。WCOL 標志通過軟件向其寫入“1”清零。
    （3）控制 SPI 功能切換的寄存器 AUXR1（P_SW1）

   
    圖 6

   
    圖 7
    DSP：SPTR 寄存器選擇位。

    0，使用缺省數據指針 DPTR0。
    1，使用另一個數據指針 DPTR1。首先看一下 SPI 初始化函數。

   
    代碼1

    SPI 初始化函數，其實就是配置 SPI 相關寄存器的幾個位。當然，大家也可以按照自己的實際需求進行配置。
    完成 SPI 初始化之后，就可以使用 SPI 發送接收函數。

   
    代碼2

    在 SPI_SendByte（u8 SPI_SendData）函數中，首先是將要發送的數據放入 SPI 數據寄存器SPDAT 中，然后判定 SPI 狀態寄存器 SPTAT 中的 SPIF 位。等待數據寫入完成之后，清除中斷標志和寫沖突標志。由于 SPI 為雙工通訊，最后就能返回得到的數據。
    關 于 外 部 Flash W25X20CL 的 使 用 ， 其 實 就 是 通 過 SPI_SendByte(u8 SPI_SendData)寫指令、寫地址、寫數據。外部 Flash 的使用方法詳情可以讀數據手冊。
    另外，本次實驗還用到了串口，串口的使用方法可以閱讀前面的章節：串口控制舵機原理。
    4        實驗現象

    首先打開下載軟件 STC-ISP。

   
    圖 8
    （1）點擊 Keil 仿真設置，添加 STC 相關的頭文件。STC 的相關頭文件路徑是我們之前安裝 Keil C51 的路徑，如果之前采用的默認路徑，那么選擇 C 盤 Keil 文件夾。

   
    圖 9
    （2）添加完 STC 相關的頭文件，點擊彈窗中的確定。

           
    圖 10

    （3）設置單片機的型號、最低波特率、最高波特率如下圖所示，硬件選項等選項默認即可。串口號根據實際情況選擇。

   
    圖 11
    （4）點擊打開程序文件，選擇我們例程中的.hex 文件。

   
    圖 12
    （5）點擊下載/編程，下載代碼。

           
    圖 13

    （6）按一下電路板上面的 RST 按鍵，完成下載。

   
    圖 14
    代碼下載完成之后，打開串口調試助手，如下圖所示。

    （1）選擇串口號，我們圖中是 COM1，這個根據實際情況選擇。

    （2）配置串口參數，波特率為 115200，數據位 8，停止位 1，沒有校驗位和控制流，與下圖一致。
    （3）點擊打開串口。

   
    圖 15
    完成上述操作，運行代碼之后，就會看到串口調試助手區域 4 中會顯示出讀寫 Flash 的數據信息。
      
    圖 16







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2022-7-20 16:46 上傳

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