一、SPI協議的原理與應用

• 基本概念

串行外設接口SPI（Serial Peripheral Interface）是由美國摩托羅拉公司最先推出的一種同步串行傳輸規范，也是一種單片機外設芯片串行外設擴展接口。該接口是一種高速、全雙工、同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節約了芯片的管腳，為PCB的布局上節省空間。

• 應用場景

SPI接口主要應用在訪問高速設備，如spi flash、2.4G無線傳輸、lcd設備顯示、電阻屏觸控IC等。

1. 2.4GHZ無線傳輸

1. LCD顯示設備

1. 墨水屏設備

1. 串行Flash存儲IC

1. RFID射頻模塊

• 內部結構

SPI接口采用主從結構，SPI由一個主設備和一個或多個從設備組成，主設備啟動一個與從設備的同步通訊，從而完成數據的交換。SPI接口由MOSI（串行數據輸出）、MISO（串行數據輸入）、SCLK（串行移位時鐘）、/SS（從設備使能信號，/SS亦可為NSS）四種信號構成。

• 工作模式

由于SPI接口采用同步通信，必須在SCK時鐘線生成的脈沖信號期間完成數據的傳輸，對于SPI接口而言采用的是邊沿同步的方式，所以就需要清楚時鐘線SCK到底是哪個邊沿進行同步。

MCU作為主機可以選擇四種工作模式中的任何一種，但是選擇工作模式的時候要以從機支持的模式為主，從機支持的工作模式必須要閱讀從機的數據手冊（大多數都是支持模式0）。

1. 串行Flash存儲IC的原理與應用

• 基本概念

由于STM32F407ZET6這顆MCU內部只有512KB的Flash閃存容量，這512KB需要用于存儲固件，剩余的空間可能不足以讓用戶使用了，所以需要額外的拓展存儲IC，在GEC-M4開發板中集成了一顆串行Flash芯片，型號是W25Q128，容量是128Mbit，該存儲IC采用SPI接口進行通信。

• 內存分布

W25Q128是容量為128Mbit的SPI接口NOR Flash的器件，內部是按照Page、Sector、Block的結構來劃分的，一個Page為256個Byte，一個Sector為16個Page也就是4KB，一個Block為16個Sector也就是64KB。相較于EEPROM而言，SPI Flash的存儲空間更大，存取速度更快，廣泛應用于嵌入式系統中數據、代碼的固化。

• 引腳說明

• 工作模式

• 指令分析

• 程序設計

1. 讀取廠商/設備ID

1. 寫使能

1. 讀狀態寄存器

1. 寫失能

1. 擦除扇區

1. 讀數據

1. 頁編程

• 驗證結果

• 時序模擬

如果想要提高程序的實時性以及程序的可移植性，則可以選擇使用MCU的某些IO口生成SPI通信所需要的時序，從而擺脫硬件資源的限制。

用戶只需要找到4個IO口作為SPI通信的SCK、MISO、MOSI、CS，可以設置SCK引腳為輸出模式、MISO引腳為輸入模式、MOSI引腳為輸出模式、CS片選為輸出模式即可。

作業：把模式3的時序設計出來，并進行測試，要求把IO口模擬模式0和模式3的函數背下來！

三、RFID射頻模塊的原理與應用

• 基本概念

RFID技術也簡稱為射頻識別技術，是20世紀40年代開始出現的一種自動識別技術。RFID通過無線射頻信號獲取物體的相關數據，并對物體加以識別，RFID技術不需要和被識別物體進行直接接觸就可以完成物體信息的處理，也不需要人工干預，可以實現無接觸式信息傳遞，能應用在各種較為惡劣的環境中。所以說RFID技術是一種快速、高效的采集和處理物體信息的自動識別技術。

隨著計算機和互聯網的發展，物聯網的概念也被提出，而物聯網想要實現的是“萬物互聯”物聯網的核心思想是為全球每一個物品提供唯一的電子標簽，而RFID可以實現無接觸式的信息傳遞達到識別物體的目的。所以RFID技術也是實現物聯網的關鍵技術之一。

• 結構組成

RFID技術的實現離不開軟件與硬件的支持，硬件一般包含應答器、天線和閱讀器。軟件一般包含數據管理系統。

電子標簽也叫作應答器，一般是由集成電路芯片和內置天線組成的，芯片用來存儲物體相關數據，內置天線用來收發無線電波。電子標簽一般附著在物體上用來標識物體，每個標簽具有唯一的電子編碼。電子標簽的種類有很多，比如低頻標簽、高頻標簽等，并且電子標簽的樣式也有多種，比如條型、卡片型、環型、紐扣型等。

而對于識讀器而言，也稱為閱讀器或者讀寫器，是對電子標簽信息讀取和寫入的設備。閱讀器可以和計算機進行聯網，作用一般是作為數據交換的媒介，閱讀器一般由射頻模塊、控制模塊和天線組成。也可以把閱讀器理解為一個特殊的無線通信模塊，它可以和電子標簽通過天線進行無線通信。閱讀器可以工作在一個或多個工作頻段，也可以讀寫一種或多種電子標簽，閱讀器的種類有很多，比如手持式的、固定式的，使用起來非常方便。

• 識別原理

• 通信接口

本次使用的RFID模塊采用的驅動IC型號是MFRC522，對于該芯片支持多種通信接口，比如支持UART、SPI、IIC.....，本次使用SPI接口進行通信。

• 工作模式

可以知道，MFRC522和MCU使用SPI接口通信的時候，采用的SPI工作模式是模式0，所以主機就需要使用模式0。

• 硬件接線

由于打算采用IO口模擬SPI時序的方案實現RFID模塊的控制，所以從MCU中挑選4個引腳來作為SPI通信引腳。

• 程序移植

1. 獲取源碼

1. 分析源碼

1. 拷貝文件

1. 添加文件

1. 修改源碼

提示：一般移植傳感器的程序時，只需要修改底層代碼（和IO口相關的、和時序相關的），不需要修改應用層代碼。

1. 編譯源碼

1. 下載源碼

1. 查看效果

• 驗證結果

作業：根據SPI的時序完成RFID模塊的程序移植，并實現卡的選卡、讀卡、寫卡的相關功能。