1、MM32SPIN0230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。
2、MM32SPIN0230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
3、USART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）。
4、USART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。
5、USART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）。
6、USART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
7、USART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）
8、USART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：
#define SPI_FLASH_CS_H() GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_4, Bit_SET)
#define SPI_FLASH_CS_L() GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_4, Bit_RESET)
uint16_t DeviceID = 0; /* W25Q32 Device ID */
uint32_t JEDEC_ID = 0; /* W25Q32 JEDEC ID */
void USART_Configure(uint32_t Baudrate)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART1, ENABLE);
USART_SyncMasterConfig(USART1, USART_Clock_Idle_Low, USART_Clock_Phase_1Edge, Baudrate); /* USART Init configure SPI Mode0 */
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOB, ENABLE);
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource11, GPIO_AF_5); /* PA11 AF USART_TX for SPI_MOSI function */
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource12, GPIO_AF_5); /* PA12 AF USART_RX for SPI_MISO function */
GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_6); /* PB2 AF USART_SCLK for SPI_SCLK function */
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; /* PB4 for SPI_CSS function */
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
SPI_FLASH_CS_H(); /* Set PB4 for SPI_CSS High leve */
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：
void USART_Synchronous_RxData_Interrupt(uint8_t *Buffer, uint8_t Length)
{
uint8_t i = 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：
void USART_Synchronous_TxData_Interrupt(uint8_t *Buffer, uint8_t Length)
{
uint8_t i = 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：
void SPI_FLASH_RxBuffer(uint8_t *Buffer, uint8_t Length)
{
if (Length)
{
USART_Synchronous_RxData_Interrupt(Buffer, Length);
}
}USART1同步通信模式写SPI Flash，代码如下所示：
void SPI_FLASH_TxBuffer(uint8_t *Buffer, uint8_t Length)
{
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：
void USART1_IRQHandler(void)
{
uint8_t RxData = 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：
void SPI_FLASH_WriteEnable(void)
{
uint8_t Command = 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：
void SPI_FLASH_WaitBusy(void)
{
uint8_t Status = 0;
uint8_t Command[2] =
{
0x05, 0xFF
};
uint32_t Timeout = 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：
void SPI_FLASH_ReadDeviceID(void)
{
uint8_t Command[4] =
{
0x90, 0xFF, 0xFF, 0x00
};
uint8_t Buffer[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：
void SPI_FLASH_ReadJEDEC_ID(void)
{
uint8_t Command = 0x9F;
uint8_t Buffer[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：
void SPI_FLASH_SectorErase(uint16_t Index)
{
uint8_t Command[4] =
{
0x20, 0x00, 0x00, 0x00
};
uint32_t Address = 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：
void SPI_FLASH_FastRead(uint32_t Address, uint8_t *Buffer, uint32_t Length)
{
uint8_t Command[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：
void SPI_FLASH_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *Buffer, uint32_t Length)
{
uint8_t Command[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：
int main(void)
{
uint8_t i = 0;
uint8_t EraseBuffer[100], WriteBuffer[100], ReadBuffer[100];
USART_RxStruct.CompleteFlag = 0;
USART_TxStruct.CompleteFlag = 1;
USART_Configure(8000000); /* Configure USART Read/write SPI Flash baud rate 8M */
SPI_FLASH_ReadDeviceID();
SPI_FLASH_ReadJEDEC_ID();
SPI_FLASH_SectorErase(0); /* USART erases the SPI Flash sector */
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("\r\n\r\n");
printf("\r\nSPI Flash DeviceID : 0x%04x", DeviceID);
printf("\r\nSPI Flash JEDEC ID : 0x%06x", JEDEC_ID);
printf("\r\nSPI FLASH Sector Erase...");
printf("\r\nSPI FLASH Read...");
for (i = 0; i < 100; i++)
{
if (0 == (i % 10))
{
printf("\r\n");
}
printf("0x%02x ", EraseBuffer[i]);
}
printf("\r\nSPI FLASH Page Program...");
printf("\r\nSPI FLASH Read...");
for (i = 0; i < 100; i++)
{
if (0 == (i % 10))
{
printf("\r\n");
}
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。
图3 测试结果
来源：灵动MM32MCU
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