MM32SPIN0230的USART简介和特性描述-电子发烧友网

1MM32SPIN0230的USART简介

MM32SPIN0230通用同步/异步收发器（USART）可以灵活地与外部设备进行全双工数据交换。通过内置波特率（包含整数及小数设定）发生器， USART 可以支持宽范围的波特率。

USART 支持异步模式（UART）、同步模式。其中 UART 支持单线半双工通信， UART 和同步模式支持调制解调器（CTS/RTS）操作。

2MM32SPIN0230的USART功能框图

USART 的功能框图如下图1所示，由寄存器相关的控制单元、收发数据控制器、时钟控制器、硬件流控制单元以及引脚控制逻辑单元组成。

图1 MM32SPIN0230 USART功能框图

3USART的同步模式

通过配置，USART_CR1.SAS 位为‘1’来使能同步模式（时钟引脚功能将同时有效）。

在同步模式下， USART_CR3.HDSEL 位应配置为‘0’。

同步模式支持主模式和从模式：主模式时使用内部波特率生成器生成的时钟，同时输出时钟；从模式时由 SCLK 引脚输入时钟。USART 在同步模式下，能与 SPI 实现数据通信（此时，用户应配置 SPI 与USART 的时钟极性、时钟相位为一致）。

4USART的时钟

USART的时钟挂载在APB1总线上，由APB1总线提供工作时钟，以配置 USART_CR2.CLKEN 位为‘1’来使能时钟引脚功能，同时根据 USART_CR3.CKINE 位配置来选择使用内部波特率时钟或从 SCLK 引脚输入时钟，以进行数据通信。

当选择内部波特率时钟时，可通过 SCLK 引脚输出同步时钟。

1 帧数据的收发包含 8 个时钟脉冲。

当 RE 和 TE 都为‘0’，时钟输出会停止，并固定在 USART_CR2.CPOL 配置的电平。

通过配置 USART_CR2.CPOL 位选择时钟极性。

通过配置 USART_CR2.CPHA 位选择外部时钟相位。

5USART时钟同步功能

SCLK 引脚作为发送器的时钟输出时，仅在数据段输出时钟，一帧数据输出 8 个时钟脉冲，最后一位发送完后，通信线保持最后一位的值，时钟输出固定在高电平或低电平（由 CPOL 位决定）。

USART 接收器在同步模式下的工作方式与异步模式下不同。如果 RE=1，则数据在 SCLK 变化边沿上采样（上升或下降沿，取决于 CPOL 和 CPHA 位配置情况），而不会进行任何过采样。此时必须确保足够的建立时间和保持时间，以符合时序要求（类同于 SPI 协议）。

内部时钟源时，内部波特率生成器生成的波特率计算公式为：

其中通信波特率的单为 MBps；PCLK 为内部时钟源的频率；MFD 为波特率寄存器 USART_BRR 中整数分频（注意，在同步模式下应配置 MFD ≥ 2，且小数分频 FFD 无效，用户应配置 FFD[3：0] 位为4’h0）。

使用内部时钟源且 MFD=2 时，同步模式的最高波特率为 PCLK/8（MBps）。

外部时钟源时，要求外部输入时钟的最大频率为 PCLK/8（ MHz），此时最高波特率也为 PCLK/8（MBps）。

6USART的特性描述

如下图2所示为USART的数据帧类型示意图，当USART用作同步通信时，可通过配置同步时钟引脚即USART_SCK引脚的时钟极性和时钟相位实现SPI功能的通信。此时没有起始位，校验位以及停止位功能，仅支持8位。通过配置时钟极性CPOL和时钟相位CPHA可以实现基于USART的SPI通信的工作模式0-3。

图2 MM32SPIN0230 USART数据帧类型示意图

7USART同步模式实现SPI通信的配置步骤

MM32SPIN0230有一路USART1，USART1同步模式实现SPI通信的配置步骤如下所示。

使能USART1的时钟和用作USART1的GPIO时钟

配置GPIO复用为USART1功能

配置一路普通GPIO为推挽输出模式用于USART同步通信的CS引脚

配置 USART1_CR1.SAS 位为‘1’来使能同步模式（时钟引脚功能将同时有效）

配置 USART1_CR1.MLS 位为‘0’或为‘1’来选择数据格式为LSB或MSB

配置 USART1_CR3.HDSEL位为‘0’来选择数据通信为全双工模式

配置 USART1_CR2.CPOL位为‘0’ 或为‘1’设置时钟空闲时为低电平或高电平

配置 USART1_CR2.CPHA位为‘0’ 或为‘1’设置在时钟第一个变化沿捕获数据或在时钟第二个变化沿捕获数据

配置USART1_BRR波特率寄存器小数分频FFD[3:0]为0（USART同步模式，波特率小数分频无效）

配置USART1同步模式波特率，USART1_BRR波特率寄存器整数分频MFD[15:0]，需配置MFD>=2

使能USART1接收和发送中断以及NVIC中断优先级（如有使用到USART接收和发送中断功能）

使能USART1功能

编写应用层USART1同步通信模式下数据接收、数据发送函数以及中断处理接收和中断发送函数。（如使能了接收和发送中断功能）

8USART同步模式实现SPI通信

读写W25Q32存储器

根据以上配置步骤USART1同步模式实现SPI通信的配置步骤，使用MM32SPIN0230的库函数配置USART1为同步模式主机功能实现SPI通信读写W25Q32 Flash存储器，分别配置GPIO PA11复用为USART1_TX功能，PA12复用为USART1_RX功能，PB2复用为USART1_SCLK功能（注：USART1用作同步模式主机功能PA11 USART1_TX当做SPI_MOSI引脚使用，PA12 USART1_RX当做SPI_MISO引脚使用，PB2 USART1_SCLK当做SPI_SCL使用）并配置GPIO PB4为推挽输出模式当做SPI_CSS引脚使用。

USART1同步通信模式实现SPI通信的初始化代码如下所示：

#defineSPI_FLASH_CS_H()GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_4,Bit_SET)
#defineSPI_FLASH_CS_L()GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_4,Bit_RESET)
uint16_tDeviceID=0;/*W25Q64DeviceID*/
uint32_tJEDEC_ID=0;/*W25Q64JEDECID*/
voidUSART_Configure(uint32_tBaudrate)
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct;
NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStruct;

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART1,ENABLE);
USART_SyncMasterConfig(USART1,USART_Clock_Idle_Low,USART_Clock_Phase_1Edge,Baudrate);/*USARTInitconfigureSPIMode0*/
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA,ENABLE);
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOB,ENABLE);

GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource11,GPIO_AF_5);/*PA11AFUSART_TXforSPI_MOSIfunction*/
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource12,GPIO_AF_5);/*PA12AFUSART_RXforSPI_MISOfunction*/
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource2,GPIO_AF_6);/*PB2AFUSART_SCLKforSPI_SCLKfunction*/

GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_High;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;/*PB4forSPI_CSSfunction*/
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);

SPI_FLASH_CS_H();/*SetPB4forSPI_CSSHighleve*/
GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_11;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_High;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_High;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_High;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPriority=0x01;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}

USART1同步通信模式中断接收数据，代码如下所示：

voidUSART_Synchronous_RxData_Interrupt(uint8_t*Buffer,uint8_tLength)
{
uint8_ti=0;

for(i=0;i< Length; i++)
    {
        USART_RxStruct.Buffer[i] = 0;
        USART_TxStruct.Buffer[i] = 0;
    }
    USART_RxStruct.Length = Length;
    USART_RxStruct.CurrentCount = 0;
    USART_RxStruct.CompleteFlag = 0;
    USART_TxStruct.Length = Length;
    USART_TxStruct.CurrentCount = 0;
    USART_TxStruct.CompleteFlag = 0;
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, ENABLE);
    while (0 == USART_TxStruct.CompleteFlag)
    {
    }
    while (0 == USART_RxStruct.CompleteFlag)
    {
    }
    for (i = 0; i < Length; i++)
    {
        Buffer[i] = USART_RxStruct.Buffer[i];
    }
}

USART1同步通信模式中断发送数据，代码如下所示：

voidUSART_Synchronous_TxData_Interrupt(uint8_t*Buffer,uint8_tLength)
{
uint8_ti=0;

for(i=0;i< Length; i++)
    {
        USART_RxStruct.Buffer[i] = 0;
        USART_TxStruct.Buffer[i] = Buffer[i];
    }
    USART_RxStruct.Length = Length;
    USART_RxStruct.CurrentCount = 0;
    USART_RxStruct.CompleteFlag = 0;
    USART_TxStruct.Length = Length;
    USART_TxStruct.CurrentCount = 0;
    USART_TxStruct.CompleteFlag = 0;
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, ENABLE);
    while (0 == USART_TxStruct.CompleteFlag)
    {
    }
    while (0 == USART_RxStruct.CompleteFlag)
    {
    }
}

USART1同步通信模式读SPI Flash，代码如下所示：

voidSPI_FLASH_RxBuffer(uint8_t*Buffer,uint8_tLength)
{
if(Length)
{
USART_Synchronous_RxData_Interrupt(Buffer,Length);
}
}

USART1同步通信模式写SPI Flash，代码如下所示：

voidSPI_FLASH_TxBuffer(uint8_t*Buffer,uint8_tLength)
{
if(Length)
{
USART_Synchronous_TxData_Interrupt(Buffer,Length);
}
}

USART1同步通信模式处理中断接收和发送命令和读写数据，即读写SPI Flash，代码如下所示：

voidUSART1_IRQHandler(void)
{
uint8_tRxData=0;

if(RESET!=USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE))
{
RxData=USART_ReceiveData(USART1);

if(0==USART_RxStruct.CompleteFlag)
{
USART_RxStruct.Buffer[USART_RxStruct.CurrentCount++]=RxData;
if(USART_RxStruct.CurrentCount==USART_RxStruct.Length)
{
USART_RxStruct.CompleteFlag=1;
USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,DISABLE);
USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,DISABLE);
}
}
}
if(RESET!=USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_TXE))
{
if(0==USART_TxStruct.CompleteFlag)
{
USART_SendData(USART1,USART_TxStruct.Buffer[USART_TxStruct.CurrentCount++]);
if(USART_TxStruct.CurrentCount==USART_TxStruct.Length)
{
USART_TxStruct.CompleteFlag=1;
}
}
}
}

USART1同步通信模式SPI Flash写使能，代码如下所示：

voidSPI_FLASH_WriteEnable(void)
{
uint8_tCommand=0x06;

SPI_FLASH_CS_L();
SPI_FLASH_TxBuffer(&Command,0x01);
SPI_FLASH_CS_H();
}

USART1同步通信模式判断SPI Flash是否处于总线忙转态，代码如下所示：

voidSPI_FLASH_WaitBusy(void)
{
uint8_tStatus=0;
uint8_tCommand[2]=
{
0x05,0xFF
};
uint32_tTimeout=0;

do
{
SPI_FLASH_CS_L();
SPI_FLASH_TxBuffer(Command,0x02);
SPI_FLASH_RxBuffer(&Status,0x01);
SPI_FLASH_CS_H();

if(Timeout++>0xFFFF)
{
break;
}
}
while(Status&0x01);
}

USART1同步通信模式读SPI Flash DeviceID，代码如下所示：

voidSPI_FLASH_ReadDeviceID(void)
{
uint8_tCommand[4]=
{
0x90,0xFF,0xFF,0x00
};
uint8_tBuffer[2];
SPI_FLASH_CS_L();
SPI_FLASH_TxBuffer(Command,0x04);
SPI_FLASH_RxBuffer(Buffer,0x02);
SPI_FLASH_CS_H();
DeviceID=Buffer[0];
DeviceID<<= 8;
    DeviceID  |= Buffer[1];
}

USART1同步通信模式读SPI Flash JEDEC ID，代码如下所示：

voidSPI_FLASH_ReadJEDEC_ID(void)
{
uint8_tCommand=0x9F;
uint8_tBuffer[3];

SPI_FLASH_CS_L();
SPI_FLASH_TxBuffer(&Command,0x01);
SPI_FLASH_RxBuffer(Buffer,0x03);
SPI_FLASH_CS_H();
JEDEC_ID=Buffer[0];
JEDEC_ID<<= 8;
    JEDEC_ID  |= Buffer[1];
    JEDEC_ID <<= 8;
    JEDEC_ID  |= Buffer[2];
}

USART1同步通信模式SPI Flash 扇区擦除，代码如下所示：

voidSPI_FLASH_SectorErase(uint16_tIndex)
{
uint8_tCommand[4]=
{
0x20,0x00,0x00,0x00
};
uint32_tAddress=Index*4*1024;

Command[1]=(uint8_t)((Address>>16)&0x000000FF);
Command[2]=(uint8_t)((Address>>8)&0x000000FF);
Command[3]=(uint8_t)((Address>>0)&0x000000FF);
SPI_FLASH_WriteEnable();
SPI_FLASH_CS_L();
SPI_FLASH_TxBuffer(Command,4);
SPI_FLASH_CS_H();
SPI_FLASH_WaitBusy();
}

USART1同步通信模式快速读SPI Flash，代码如下所示：

voidSPI_FLASH_FastRead(uint32_tAddress,uint8_t*Buffer,uint32_tLength)
{
uint8_tCommand[5]=
{
0x0B,0x00,0x00,0x00,0xFF
};
Command[1]=(uint8_t)((Address>>16)&0x000000FF);
Command[2]=(uint8_t)((Address>>8)&0x000000FF);
Command[3]=(uint8_t)((Address>>0)&0x000000FF);
SPI_FLASH_CS_L();
SPI_FLASH_TxBuffer(Command,0x05);
SPI_FLASH_RxBuffer(Buffer,Length);
SPI_FLASH_CS_H();
}

USART1同步通信模式页编程SPI Flash，代码如下所示：

voidSPI_FLASH_PageProgram(uint32_tAddress,uint8_t*Buffer,uint32_tLength)
{
uint8_tCommand[4]=
{
0x02,0x00,0x00,0x00
};
Command[1]=(uint8_t)((Address>>16)&0x000000FF);
Command[2]=(uint8_t)((Address>>8)&0x000000FF);
Command[3]=(uint8_t)((Address>>0)&0x000000FF);
SPI_FLASH_WriteEnable();
SPI_FLASH_CS_L();
SPI_FLASH_TxBuffer(Command,0x04);
SPI_FLASH_TxBuffer(Buffer,Length);
SPI_FLASH_CS_H();
SPI_FLASH_WaitBusy();
}

验证USART1同步通信模式读写W25Q32 SPI Flash，本实例在MDK Keil环境下编译验演示，在main函数中调用读写W25Q32 SPI Flash的函数，代码如下所示：

intmain(void)
{
uint8_ti=0;
uint8_tEraseBuffer[100],WriteBuffer[100],ReadBuffer[100];
USART_RxStruct.CompleteFlag=0;
USART_TxStruct.CompleteFlag=1;
USART_Configure(8000000);/*ConfigureUSARTRead/writeSPIFlashbaudrate8M*/
SPI_FLASH_ReadDeviceID();
SPI_FLASH_ReadJEDEC_ID();
SPI_FLASH_SectorErase(0);/*USARTerasestheSPIFlashsector*/
SPI_FLASH_FastRead(0,EraseBuffer,100);
for(i=0;i< 100; i++)
    {
        WriteBuffer[i] = i;
    }
    SPI_FLASH_PageProgram(0, WriteBuffer, 100); /* USART page programming SPI Flash writes 100 bytes of data */
    SPI_FLASH_FastRead(0, ReadBuffer, 100); /* The USART reads 100 bytes of data written to the SPI Flash */

    PLATFORM_DeInitUSART1();
    PLATFORM_InitConsole(115200);
    printf("

");
    printf("
SPI Flash DeviceID : 0x%04x", DeviceID);
    printf("
SPI Flash JEDEC ID : 0x%06x", JEDEC_ID);
    printf("
SPI FLASH Sector Erase...");
    printf("
SPI FLASH Read...");
    for (i = 0; i < 100; i++)
    {
        if (0 == (i % 10))
        {
            printf("
");
        }
        printf("0x%02x ", EraseBuffer[i]);
    }
    printf("
SPI FLASH Page Program...");
    printf("
SPI FLASH Read...");
    for (i = 0; i < 100; i++)
    {
        if (0 == (i % 10))
        {
            printf("
");
        }
        printf("0x%02x ", ReadBuffer[i]);
    }
    while (1)
    {
    }
}

使用MM32-LINK Mini调试下载工具连接MM32SPIN0230 MiniBoard，板子USB口连接USB串口工具连接到电脑端，打开串口调试助手，并配置串口波特率为115200，按快捷键F7编译工程，编译成功后按快捷键F8下载程序到MM32SPIN0230 MiniBoard，如下图3所示，串口调试助手分别打印输出了W25Q32 SPI Flash的DeviceID和JEDEC ID，USART1同步通信模式扇区擦除W25Q32 SPI Flash数据后读出的100字节0xFF数据（说明擦除成功），以及USART1同步通信模式写入到W25Q32 SPI Flash中的0-99共100字节数据（每行10字节，共10行），读出了写入的0-99共100字节数据，写入和读出的数据一致即0-99对应十六进制为0x00-0x63。