STM32F407用wk2124芯片编写SPI转四路串口驱动

2023-05-16

引言

一. SPI通信配置

1.GPIO初始化设置

2.SPI参数配置

3.读写函数

4.速度设置

二、WK2124逻辑代码编写

1.片选初始化

2. 写寄存器函数

3. 读寄存器函数

4. 写FIFO函数

5.读FIFO函数

6. WK2124初始化函数

7.wk2124关闭及复位函数

8. 波特率设置函数

8.发送字节函数

9. 接收数据函数

三、测试

引言

因为项目用到了wk2124芯片来进行串口扩展，网上找了好多资料没有现成的，根据商家提供的demo，它是基于103写的，所以根据自己板子的实际情况进行了改写，并且学习一下里面的主要函数及我对函数的理解

原理图

用到5个引脚，片选CS、时钟SCK、MOSI、MISO和中断IRQ，因为RST设置的是板子连电后电容充电，所以会自动复位，不用这个引脚。

一. SPI通信配置

1.GPIO初始化设置

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOB时钟
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE);//使能SPI2时钟,在APB1时钟里面
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;
  //PB13-15分别复用为SCK,MISO,MOSI
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化

  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15);

2.SPI参数配置

因为发送接收是同时进行，所以选择全双工，SPI设置为主模式，大小为8bit，时钟默认拉低，第二个时钟沿开始捕捉，数据格式SPI_FirstBit（选择是MSB还是LSB），选择MSB方式，举个例子假设用16bit，就是[15,0]这样，如果是LSB就是[0,15]这样。


	SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  //SPI设置为双线双向全双工
	SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;		//设置为主SPI
	SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;		//SPI发送接收8位帧结构
	SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;		//时钟悬空低
	SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;	//数据捕获于第二个时钟沿
	SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;		//NSS信号由软件（使用SSI位）管理
	SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;	//定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
	SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;	//数据传输从MSB位开始
	SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;	//CRC值计算的多项式
	SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure);  //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器
 
	SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); //使能SPI外设
	SPI2_ReadWriteByte(0xff);//启动传输

3.读写函数

u8 SPI2_ReadWriteByte(u8 TxData)
{		
	u8 retry=0;				 	
	while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) //发送缓存空标志位
		{
		retry++;
		if(retry>200)return 0;
		}			  
	SPI_I2S_SendData(SPI2, TxData); //通过外设SPIx发送一个数据
	retry=0;

	while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET)//接受缓存非空标志位
		{
		retry++;
		if(retry>200)return 0;
		}	  						    
	return SPI_I2S_ReceiveData(SPI2); //返回通过SPIx最近接收的数据					    
}

读写函数中，用SPI_I2S_GetFlagStatus不断去获取TXE和RXNE的状态，如果是非空就继续，如果为空就调用Send和Rece函数去发送接收数据，当retry标志连续超过200次，就返回0，发送/接收失败。

4.速度设置

void SPI2_SetSpeed(u8 SpeedSet)
{
	SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SpeedSet ;
    SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure);
	SPI_Cmd(SPI2,ENABLE);
}

二、WK2124逻辑代码编写

引脚对应关系

CS PB12
SCK PB13
MOSI PB15
MISO PB14
IRQ PB1

1.片选初始化

void SPI_CS_Init(void)
{
 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);		 //使能PB端口时钟
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;	//PB12端口配置
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出	
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;		 //IO口速度为100MHz
 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					 //根据设定参数初始化GPIOB12
 GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);						 //PB12 输出高	
}

2. 写寄存器函数

void WK2124WriteReg(unsigned char port,unsigned char reg,unsigned char dat)
{	 
	 SPI_CS_L();//片选使能
	 SPI2_ReadWriteByte(((port-1)<<4)+reg); //写控制字节
	 SPI2_ReadWriteByte(dat); //写数据
	 SPI_CS_H();//片选无效
}

首先把片选信号拉低，然后写入控制命令，再写入数据，写完之后再拉高片选，对于其中的控制字节((port-1)<<4)+reg可以根据数据手册得知，port：为子串口的端口号(C0\C1)，reg是目标寄存器，dat是数据。

6,7位为默认为0,0，C1,C0为串口通道，可选值为00,01,10,11分别表示4个串口，默认设置为00，通过传入参数port（port设置的是1,2,3,4，但是因为从0开始，所以要port-1）来进行改变，然后左移4位变成00 0000，然后加上初始的默认值0000 0000，最后加上要写入的寄存器，所以其实是0x00+(port-1)<<4)+reg，然后将这个cmd传入spi读写函数进行读写。

3. 读寄存器函数

unsigned char WK2124ReadReg(unsigned char port,unsigned char reg)
{	
	unsigned char rec_data; 
	SPI_CS_L();	//片选使能
	SPI2_ReadWriteByte(0x40+((port-1)<<4)+reg);//写控制字节
	rec_data=SPI2_ReadWriteByte(0);//接收返回的数据
	SPI_CS_H();	//片选无效	
	return rec_data;
}

4. 写FIFO函数

void WK2124WriteFifo(unsigned char port,unsigned char *wbuf,unsigned int len)
{	 unsigned char n;
	 SPI_CS_L(); // 片选有效
	 SPI2_ReadWriteByte(0x80+((port-1)<<4)); //写FIFO控制指令
	  for(n=0;n<len;n++)
	  {
	     SPI2_ReadWriteByte(*(wbuf+n));
		} 
	 SPI_CS_H();	//片选无效

}

port：为子串口的端口号(C0\C1)， *wbuf:写入数据部分， len：写入数据长度。

大部分和读写寄存器相同，主要控制字节不同，其次可以一次写入多个数据。

控制字节的变化主要是初始SPI的CMD为1000 0000，也就是0x80，其他一样。

5.读FIFO函数

void WK2124WriteFifo(unsigned char port,unsigned char *wbuf,unsigned int len)
{	 unsigned char n;
	 SPI_CS_L(); // 片选有效
	 SPI2_ReadWriteByte(0x80+((port-1)<<4)); //写FIFO控制指令
	  for(n=0;n<len;n++)
	  {
	     SPI2_ReadWriteByte(*(wbuf+n));
		} 
	 SPI_CS_H();	//片选无效

}

6. WK2124初始化函数

首先使能子串口时钟


    unsigned char gena,grst,gier,sier,scr;
	//使能子串口时钟
    gena=WK2124ReadReg(WK2124_GPORT,WK2124_GENA); 
	switch (port)
    {
          case 1://使能子串口1的时钟
              gena|=WK2124_UT1EN;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GENA,gena);
              break;
		  case 2://使能子串口2的时钟
              gena|=WK2124_UT2EN;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GENA,gena);
              break;
		   case 3://使能子串口3的时钟
              gena|=WK2124_UT3EN;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GENA,gena);
              break;
		   case 4://使能子串口4的时钟
              gena|=WK2124_UT4EN;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GENA,gena);
              break;
	 }

在头文件中对GENA全局寄存器进行了宏定义：

#define 	WK2124_UT4EN	0x08
#define 	WK2124_UT3EN	0x04
#define 	WK2124_UT2EN	0x02
#define 	WK2124_UT1EN	0x01

根据数据手册说明，低位的0,1,2,3位置1，就使能哪个子串口，如ut2使能就是0000 0010，也就是0x02。

接下来进行串口复位

//软件复位子串口
	grst=WK2124ReadReg(WK2124_GPORT,WK2124_GRST); 
	switch (port)
    {
          case 1://软件复位子串口1
              grst|=WK2124_UT1RST;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GRST,grst);
              break;
		  case 2://软件复位子串口2
              grst|=WK2124_UT2RST;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GRST,grst);
              break;
		   case 3://软件复位子串口3
              grst|=WK2124_UT3RST;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GRST,grst);
              break;
		   case 4://软件复位子串口4
             grst|=WK2124_UT4RST;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GRST,grst);
              break;
	 }

与上面一样，第四位哪个置1，表示哪个子串口进行复位。

接下来使能串口中断

 //使能子串口中断，包括子串口总中断和子串口内部的接收中断，和设置中断触点
	gier=WK2124ReadReg(WK2124_GPORT,WK2124_GIER); 
	switch (port)
    {
          case 1://子串口1中断使能
              gier|=WK2124_UT1IE;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GIER,gier);
              break;
		  case 2://子串口2中断使能
              gier|=WK2124_UT2IE;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GIER,gier);
              break;
		   case 3://子串口3中断使能
              gier|=WK2124_UT3IE;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GIER,gier);
              break;
		   case 4://子串口4中断使能
              gier|=WK2124_UT4IE;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GIER,gier);
              break;
	 }

寄存器设置与上面一样。

     //使能子串口接收触点中断和超时中断
	 sier=WK2124ReadReg(port,WK2124_SIER); 
	 sier |= WK2124_RFTRIG_IEN;
	 WK2124WriteReg(port,WK2124_SIER,sier);
	 // 初始化FIFO和设置固定中断触点
	 WK2124WriteReg(port,WK2124_FCR,0XFF);
	 //设置任意中断触点，如果下面的设置有效，那么上面FCR寄存器中断的固定中断触点将失效
	 WK2124WriteReg(port,WK2124_SPAGE,1);//切换到page1
	 WK2124WriteReg(port,WK2124_RFTL,0X08);//设置接收触点8个字节
	 WK2124WriteReg(port,WK2124_TFTL,0X10);//设置发送触点为16个字节
	 WK2124WriteReg(port,WK2124_SPAGE,0);//切换到page0 
	 //使能子串口的发送和接收使能
	 scr=WK2124ReadReg(port,WK2124_SCR); 
	 scr|=WK2124_TXEN|WK2124_RXEN;
	 WK2124WriteReg(port,WK2124_SCR,scr);

剩下的这些触点，页面设置，使能都一样，根据数据手册进行设置即可。

7.wk2124关闭及复位函数

void WK2124Close(unsigned char port)
{
    unsigned char gena,grst;
	//复位子串口
	grst=WK2124ReadReg(WK2124_GPORT,WK2124_GRST); 
	switch (port)
    {
          case 1://软件复位子串口1
              grst|=WK2124_UT1RST;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GRST,grst);
              break;
		  case 2://软件复位子串口2
              grst|=WK2124_UT2RST;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GRST,grst);
              break;
		   case 3://软件复位子串口3
              grst|=WK2124_UT3RST;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GRST,grst);
              break;
		   case 4://软件复位子串口4
              grst|=WK2124_UT4RST;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GRST,grst);
              break;
	 }	
	//关闭子串口时钟
    gena=WK2124ReadReg(WK2124_GPORT,WK2124_GENA); 
	switch (port)
    {
          case 1://使能子串口1的时钟
              gena&=~WK2124_UT1EN;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GENA,gena);
              break;
		  case 2://使能子串口2的时钟
              gena&=~WK2124_UT2EN;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GENA,gena);
              break;
		   case 3://使能子串口3的时钟
              gena&=~WK2124_UT3EN;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GENA,gena);
              break;
		   case 4://使能子串口4的时钟
              gena&=~WK2124_UT4EN;
		      WK2124WriteReg(WK2124_GPORT,WK2124_GENA,gena);
              break;
	 }	
}

先对GRST寄存器进行操作使其复位，然后利用~运算符关闭串口时钟，同时可以减少参数量。

8. 波特率设置函数

void WK2124SetBaud(unsigned char port,int baud)
{  
	unsigned char baud1,baud0,pres,scr;
	//如下波特率相应的寄存器值，是在外部时钟为11.0592的情况下计算所得，如果使用其他晶振，需要重新计算
	switch (baud) 
	{
      case 600:
			baud1=0x4;
			baud0=0x7f;
			pres=0;
      break;
      case 1200:
			baud1=0x2;
			baud0=0x3F;
			pres=0;
			break;
      case 2400:
			baud1=0x1;
			baud0=0x1f;
			pres=0;
			break;
      case 4800:
			baud1=0x00;
			baud0=0x8f;
			pres=0;
			break;
      case 9600:
			baud1=0x00;
			baud0=0x47;
			pres=0;
			break;
      case 19200:
			baud1=0x00;
			baud0=0x23;
			pres=0;
			break;
      case 38400:
			baud1=0x00;
			baud0=0x11;
			pres=0;
			break;
			
      case 76800:
			baud1=0x00;
			baud0=0x08;
			pres=0;
			break; 
       
      case 1800:
			baud1=0x01;
			baud0=0x7f;
			pres=0;
			break;
      case 3600:
			baud1=0x00;
			baud0=0xbf;
			pres=0;
			break;
      case 7200:
			baud1=0x00;
			baud0=0x5f;
			pres=0;
			break;
      case 14400:
			baud1=0x00;
			baud0=0x2f;
			pres=0;
			break;
      case 28800:
			baud1=0x00;
			baud0=0x17;
			pres=0;
			break;
      case 57600:
			baud1=0x00;
			baud0=0x0b;
			pres=0;
      break;
      case 115200:
			baud1=0x00;
			baud0=0x05;
			pres=0;
			break;
      case 230400:
			baud1=0x00;
			baud0=0x02;
			pres=0;
			break;
      default:
			baud1=0x00;
			baud0=0x00;
			pres=0;
    }
	
	//关掉子串口收发使能
	scr=WK2124ReadReg(port,WK2124_SCR); 
	WK2124WriteReg(port,WK2124_SCR,0);
	//设置波特率相关寄存器
	WK2124WriteReg(port,WK2124_SPAGE,1);//切换到page1
	WK2124WriteReg(port,WK2124_BAUD1,baud1);
	WK2124WriteReg(port,WK2124_BAUD0,baud0);
	WK2124WriteReg(port,WK2124_PRES,pres);
	WK2124WriteReg(port,WK2124_SPAGE,0);//切换到page0 
	//使能子串口收发使能
	WK2124WriteReg(port,WK2124_SCR,scr);
	
	
}

计算公式：

Reg整数部分减一并换算成16进制写入{BAUD1,BAUA0}；如果还有小数部分，则小数部分*16，然后4舍5入后取整写入PRES。如果没有小数部分，只需把整数部分写入 { BAUD1,BAUA0}，PRES写入0即可。

例子：

根据具体晶振去设置即可。

8.发送字节函数

unsigned int WK2124SendBuf(unsigned char port,unsigned char *sendbuf,unsigned int len)
{
	 unsigned int ret,tfcnt,sendlen;
	 unsigned char  fsr;
	  
	 fsr=WK2124ReadReg(port,WK2124_FSR);
	 if(~fsr&WK2124_TFULL )//子串口发送FIFO未满
	 {

	     tfcnt=WK2124ReadReg(port,WK2124_TFCNT);//读子串口发送fifo中数据个数
		 sendlen=256-tfcnt;//FIFO能写入的最多字节数
		 
		 if(sendlen<len)
		 {
			ret=sendlen; 
			WK2124WriteFifo(port,sendbuf,sendlen);
		 }
		 else
		 {
			 WK2124WriteFifo(port,sendbuf,len);
			 ret=len;
		 }
	  }
	 
	 return ret;
}

9. 接收数据函数

unsigned int WK2124GetBuf(unsigned char port,unsigned char *getbuf)
{
	unsigned int ret=0,rfcnt;
	unsigned char fsr;
	fsr=WK2124ReadReg(port,WK2124_FSR);
	if(fsr&WK2124_RDAT )//子串口发送FIFO未满
	  {
	     rfcnt=WK2124ReadReg(port,WK2124_RFCNT);//读子串口发送fifo中数据个数
		 if(rfcnt==0)//当RFCNT寄存器为0的时候，有两种情况，可能是256或者是0，这个时候通过FSR来判断，如果FSR显示接收FIFO不为空，就为256个字节
		 {rfcnt=256;}
		 WK2124ReadFifo(port,getbuf,rfcnt);
		 ret=rfcnt;
	   }
	 return ret;	
}

最后有一点，UART端口输出为TTL电平，如果需要232或485电平的，需要加相应的电平转换芯片。

踩坑记录：如果读写寄存器是0的情况下，将芯片的子串口短接，进行自收发测试，如果成功就说明子串口到外接的通信有问题，如果失败就说明2124和主控芯片之间的通信有问题，检查一下通信过程。

我有一步是SPI配置的时候预分频给了256，太大了导致通信失败，将它改为8分频。

要看一下SPI的CPOL,CPHA，应该在LOW状态捕捉第一个边沿，参考数据手册，否则的话也是收发有问题。

不同频率的晶振记得根据公式改写波特率，否则通信有问题。

还有好多坑，想不起来了。

三、测试

配置好后4个串口测试：

单个字符/数

字符写入测试：

进行两次写入观察，写入的一致。

FIFO串口4与STM32串口1通信测试：

数据缓存区测试：

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