SPI介绍

什么是SPI

SPI 是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口，是一种用于芯片通信的同步串行通信接口规范，是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。

SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便。

SPI 接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。（M4高达37.5Mbps，不过很多外围设备往往只支持高达10Mbps，极少部分的设备能够超过10Mbps，例如W25Q128）

SPI设备之间使用全双工（一个信号线输入，一根信号线输出）模式通信，是一个主机和一个或多个从机的主从模式。主机负责初始化帧，这个数据传输帧可以用于读与写两种操作，片选线路可以从多个从机选择一个来响应主机的请求。

SPI信号线

1. MOSI –》SPI总线主机输出/ 从机输入（SPI Bus Master Output/Slave Input）；
2. MISO –》SPI总线主机输入/ 从机输出（SPI Bus Master Input/Slave Output)；
3. SCLK –》串行时钟信号，由主设备产生；
4. CS –》从设备使能信号，由主设备控制（Chip select），有的IC此pin脚叫SS。低电平使能，选中这个芯片工作。

对于多个从设备，每个从设备都需要一个独立的SS信号。大多数从属设备具有三态逻辑的特性，所以当器件未被选中时，它们的MISO信号变为高阻抗（逻辑断开）。没有三态输出的器件不能与其他器件共享SPI总线段，但是可以使用外接的三态逻辑缓存来解决这个问题。

SPI片选使能问题：spi片选使能问题？？？-CSDN社区

数据传输

为了开始通信，总线上的主设备需要使用从设备支持的频率来配置时钟，这个频率最高为几兆赫兹左右。然后主设备将某根连接到从设备SS的线上的信号置为0来选中这个从设备。如果等待时间是必要的话（例如进行模数转换），主设备必须等待满这段时间之后，才可以发出时钟周期信号。

在每个SPI时钟周期内，都会发生全双工数据传输。主设备在MOSI线上发送一个位，从设备读取它，同时从机在MISO线上发送一位数据，主机读取它。即使只有单向数据传输的目的，主从机之间的通信工作方式仍然是双工的。

传输通常会使用给定字长的两个移位寄存器(通常包含8位)，一个在主设备中，一个在从设备中，它们之间的连接方式形成了一个虚拟的环形拓朴结构。数据通常先从最高位移出，在时钟信号边沿，主机和从机均移出一位，然后在传输线上输出给对方。在下一个时钟沿，每个接收器都从传输线接受对方发出的数据位，并且从移位寄存器的最低位推入。每完成这样一个移出推入的周期后，主机和从机就交换寄存器中的一位数据。当所有数据位都经过了这样的移出推入过程后，主机和从机就完成了寄存器上的数据交换。如果需要交换的数据比寄存器的位数还要长的话，则需要重新加载移位寄存器并重复该过程。传输可能会持续任意数量的时钟周期。传输完成后，主设备会停止发送时钟信号，并通常会取消选择从设备。

SPI接口框图

数据帧格式

移出数据时 MSB 在前还是 LSB 在前取决于 SPI_CR1 寄存器中 LSBFIRST 位的值。每个数据帧的长度均为 8 位或 16 位，具体取决于使用 SPI_CR1 寄存器中的 DFF 位。

注：所选的数据帧格式适用于发送和/或接收。

时钟相位和时钟极性

通过 SPI_CR1 寄存器中的 CPOL 和 CPHA 位的排列组合，可以用软件选择四种可能的时序关系，用于选择数据捕获时钟边沿。其中，使用的最为广泛的是模式0（00）和模式3方式。

时钟极性

CPOL（时钟极性）位控制不传任何数据时的时钟电平状态，此位对主器件和从器件都有作用。如果复位 CPOL， SCK 引脚在空闲状态处于低电平；如果将 CPOL 置 1， SCK 引脚在空闲状态处于高电平。

时钟相位

如果将 CPHA（时钟相位）位置 1，则 SCK 引脚上的第二个边沿对 MSBit 采样（如果将 CPOL 位复位，则为下降沿；如果将 CPOL 位置 1，则为上升沿）。即，在第二个时钟边沿锁存数据。

如果将 CPHA 位复位，则 SCK 引脚上的第一个边沿对 MSBit 采样（如果将 CPOL 位置 1，则为下降沿；如果复位 CPOL 位，则为上升沿）。即，在第一个时钟边沿锁存数据。

SPI工作原理总结

• 硬件上为4根线。
• 主机和从机都有一个串行移位寄存器，主机通过向它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。
• 串行移位寄存器通过MOSI信号线将字节传送给从机，从机也将自己的串行移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机。这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。
• 外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节（任意字节）来引发从机的传输。

SPI配置流程

添加支持spi的库函数文件：stm32f4xx_spi.c

1. 理解电路原理图

   CS -- PB14(普通输出功能)
   SCK -- PB3(复用SPI1)
   MOSI -- PB5(复用SPI1)
   MISO -- PB4(复用SPI1)

   

2. 使能SPIx和IO口时钟

   RCC_AHBxPeriphClockCmd();

3. 初始化IO口为复用功能

   void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);

4. 设置引脚复用映射

   GPIO_PinAFConfig();

5. 初始化SPIx,设置SPIx工作模式

   void SPI_Init(SPI_TypeDef* SPIx, SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct);

6. 使能SPIx

   void SPI_Cmd(SPI_TypeDef* SPIx, FunctionalState NewState);

7. SPI传输数据

   void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data);

   uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx);

8. 查看SPI传输状态

   SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE);

   

库函数配置SPI示例代码

void SpiFlash_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    SPI_InitTypeDef  SPI_InitStruct;
    //1. 使能SPIx和IO口时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);

    //2. 初始化IO口为复用功能
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin     = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4| GPIO_Pin_5;     //GPIOB 3 4 5为复用 
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode     = GPIO_Mode_AF;                        //配置IO口复用功能
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed     = GPIO_Speed_50MHz;                     //速度 50MHz
    GPIO_InitStruct.GPIO_OType     = GPIO_OType_PP;                     //推挽复用输出
    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd     = GPIO_PuPd_UP;                         //上拉
    GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin      = GPIO_Pin_14;                 //配置CS为普通输出端口
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode     = GPIO_Mode_OUT;            //推挽输出
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed     = GPIO_Speed_50MHz;         //速度 50MHz
    GPIO_InitStruct.GPIO_OType     = GPIO_OType_PP;             //推挽复用输出
    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd     = GPIO_PuPd_UP;             //上拉
    GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);    
    //3. 设置引脚复用映射
    GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_SPI1);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource4,GPIO_AF_SPI1);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1);

    SPI_InitStruct.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_128;         //分频
    SPI_InitStruct.SPI_CPOL                 = SPI_CPOL_Low;                      //时钟极性为低电平 ，低电平空闲
    SPI_InitStruct.SPI_CPHA                 = SPI_CPHA_1Edge;                  //时钟相位 第一边沿发送数据 
    SPI_InitStruct.SPI_DataSize             = SPI_DataSize_8b;                 //八位数据
    SPI_InitStruct.SPI_Direction         = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //全双工
    SPI_InitStruct.SPI_FirstBit             = SPI_FirstBit_MSB;                 //高位在前
    SPI_InitStruct.SPI_Mode                 = SPI_Mode_Master ;                //主机模式
    SPI_InitStruct.SPI_NSS                 = SPI_NSS_Soft;                    //软件控制CS
    SPI_InitStruct.SPI_CRCPolynomial     = 7;                                  //校验位
    //4. 初始化SPIx,设置SPIx工作模式
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStruct);

    //5. 使能SPI1
    SPI_Cmd(SPI1,ENABLE);

    F_CS = 1;  //不使能芯片        
}

//发送数据即可接收数据
u8 Spi_Send_Byte(u8 data)
{
    u8 rx_data;    //定义变量接收数据

    //判断发送缓冲是否为空
    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
    SPI_I2S_SendData(SPI1, data);  //发送数据

    //判断接收缓冲是否为非空
    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);
    rx_data = SPI_I2S_ReceiveData(SPI1) ;

    return rx_data;
}

FLASH

Flash存储器属于内存器件的一种，是一种非易失性（ Non-Volatile ）内存。可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。

快闪存储器（英语：flash memory），是一种电子式可清除程序化只读存储器的形式，允许在操作中被多次擦或写的存储器。这种科技主要用于一般性资料存储，以及在电脑与其他数字产品间交换传输资料，如储存卡与U盘。闪存是一种特殊的、以宏块抹写的EEPROM。早期的闪存进行一次抹除，就会清除掉整颗芯片上的资料。闪存的写入速度往往明显慢于读取速度。

闪存的一种限制在于即使它可以单一字节的方式读或写入，但是抹除一定是一整个区块。一般来说都是设置某一区中的所有比特为“1”，刚开始区块内的所有部分都可以写入，然而当有任何一个比特被设为“0”时，就只能借由清除整个区块来恢复“1”的状态。换句话说闪存（特别是NOR Flash）能提供随机读取与写入操作，却无法提供任意的随机改写。

不过闪存的区块可以写入与既存的“0”值一样长的消息。例如：有一小区块的值已抹除为1111，然后写入1110的消息。接下来这个区块还可以依序写入1010、0010，最后则是0000。可是实际上少有算法可以从这种连续写入兼容性得到好处，一般来说还是整块抹除再重写。

W25Q128

W25Q128将16M的容量分为256个块(Block)，每个块大小为64K字节，每个块又分为16个扇区(Sector)，每个扇区4K个字节。W25Q128 的最小擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除4K个字节。这样我们需要给W25Q128开辟一个至少4K的缓存区，这样对SRAM要求比较高，要求芯片必须有4K以上SRAM才能很好的操作。

W25Q128的擦写周期多达10W次，具有20年的数据保存期限，支持电压为2.7~3.6V，W25Q128支持标准的SPI，还支持双输出/四输出的SPI，最大SPI时钟可以到80Mhz (双输出时相当于160Mhz， 四输出时相当于320M)，更多的W25Q128的介绍，请参考W25Q128的datasheet。

STM32F407ZET6的RAM主要由内部SRAM1(112KB) + 辅助内部 SRAM2 (16 KB) + 辅助内部 SRAM3 (64 KB)(CCM数据RAM)三部分组成。注：CCM只可以CPU访问，SRAM的话CPU和DMA等外设都可以访问。

读取制造商/设备ID（90h）
“读取制造商/设备ID”指令是“掉电/设备ID释放”指令的替代方法，该指令同时提供JEDEC分配的制造商ID和特定的设备ID。

读取制造商/设备ID指令与关机/设备ID释放指令非常相似。通过将/CS引脚驱动为低电平并转移指令代码“ 90h”，后跟000000h的24位地址（A23-A0），可以启动指令。之后，制造商ID（EFh）和设备ID在CLK的下降沿移出，最高有效位（MSB）首先出现，如图29所示。

W25Q128的设备ID值在制造商和设备标识表中列出。如果24位地址最初设置为000001h，则将首先读取设备ID，然后再读取制造商ID。

可以连续读取制造商和设备ID，彼此交替读取。 最后，通过将/CS拉高来完成指令。

写使能（06h）
写使能指令将状态寄存器中的写使能锁存器（WEL）位置1。必须在扇区擦除，块擦除，芯片擦除，写入状态寄存器和擦除/程序安全寄存器指令之前将WEL位置1。

通过将/CS驱动为低电平，在CLK的上升沿将指令代码“ 06h”移入数据输入（DI）引脚，然后将/CS驱动为高电平，即可输入WriteEnable指令。

读取状态寄存器1（05h）和读取状态寄存器2（35h）
读取状态寄存器指令允许读取8位状态寄存器。通过将/CS驱动为低电平，并在CLK的上升沿将状态寄存器1的指令代码“ 05h”或状态寄存器2的指令“ 35h”移入DI引脚来输入指令。然后，状态寄存器位在CLK下降沿的DO引脚上移出，最高有效位（MSB）首先移出，如图所示。

读取状态寄存器指令可在任何时候使用，即使在擦除或写入状态寄存器周期正在进行。这样可以检查BUSY状态位，以确定周期何时完成，以及器件是否可以接受另一条指令。

状态寄存器可以连续读取。通过将/CS拉高来完成指令。

扇区擦除（20h）
扇区擦除指令将指定扇区（4K字节）内的所有内存设置为全1（FFh）的擦除状态。在器件接受扇区擦除指令之前，必须先执行写使能指令（状态寄存器位WEL必须等于1）。通过将/CS引脚驱动为低电平并将指令代码“ 20h”移至24位扇区地址（A23-A0），可以启动指令。

在最后一个字节的第八位被锁存后，必须将/CS引脚驱动为高电平。 如果不这样做，将不执行扇区擦除指令。/CS被驱动为高电平后，自定时扇区擦除指令将在tSE的持续时间内开始。

在扇区擦除周期进行期间，仍可以访问读取状态寄存器指令以检查BUSY位的状态。 在扇区擦除周期中，BUSY位为1；在周期结束且设备准备好再次接受其他指令时，BUSY位为0。扇区擦除周期结束后，状态寄存器中的写使能锁存（WEL）位被清除为0。

如果寻址的页面受块保护，则将不执行扇区擦除指令。

Page Program (02h)

页面编程指令允许从一个字节到256字节（一页）的数据在先前擦除（FFh）的存储位置进行编程。在设备将接受页面编程指令（状态寄存器位WEL = 1）之前，必须执行写使能指令。通过将/CS引脚驱动为低电平，然后将指令代码“ 02h”紧随其后的是24位地址（A23-A0）和至少一个数据字节，移入DI引脚来启动指令。在将数据发送到设备时，/CS引脚在整个指令期间必须保持低电平。

如果要对整个256字节页面进行编程，则最后一个地址字节（8个最低有效地址位）应设置为0。如果最后一个地址字节不为零，并且时钟数超过了剩余的页面长度，则寻址将换行到页面的开头。在某些情况下，可以编程少于256个字节（部分页），而不会影响同一页中的其他字节。执行部分页面编程的条件之一是时钟数不能超过剩余页面长度。如果发送给设备的字节数超过256个，则寻址将环绕到页面的开头，并覆盖先前发送的数据。

与写和擦除指令一样，必须将最后一个字节的第八位锁存后，将/CS引脚驱动为高电平。如果不这样做，将不会执行页面编程指令。/CS驱动为高电平后，自定时页面编程指令将开始持续tpp时间。

在页面编程周期进行期间，仍可以访问读取状态寄存器指令以检查BUSY位的状态。在页面编程周期中，BUSY位为1；在周期结束且设备准备好再次接受其他指令时，BUSY位为0。页面编程周期完成后，状态寄存器中的写使能锁存（WEL）位被清除为0。

读取数据（03h）
读取数据指令允许从存储器中顺序读取一个或多个数据字节。通过将/CS引脚驱动为低电平，然后将指令代码“ 03h”和随后的24位地址（A23-A0）移入DI引脚，可以启动指令。代码和地址位锁存在CLK引脚的上升沿。接收到地址后，寻址存储单元的数据字节将在CLK的下降沿的DO引脚上移出，最高有效位（MSB）在前。每个数据字节移出后，地址将自动递增到下一个更高的地址，从而允许连续的数据流。这意味着只要时钟继续，就可以用一条指令访问整个存储器。 通过将/CS拉高来完成指令。读数据指令序列如图所示。

如果在执行擦除，编程或写周期（BUSY = 1）时发出了读数据指令，则该指令将被忽略，并且不会对当前周期产生任何影响。

模拟SPI示例代码

在有些情况下没有硬件SPI的支持，只能通过IO口来模拟SPI时序，参考代码如下：

#define F_CS     PBout(14)
#define SCK     PBout(3)
#define MISO    PBin(4)
#define MOSI    PBout(5)

void SpiFlash_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    //使能IO口时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin     = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_5;     //GPIOB 3 14 5
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode     = GPIO_Mode_OUT;                        //配置IO口输出
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed     = GPIO_Speed_50MHz;                     //速度 50MHz
    GPIO_InitStruct.GPIO_OType     = GPIO_OType_PP;                         //推挽复用输出
    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd     = GPIO_PuPd_UP;                         //上拉
    GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin      = GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode     = GPIO_Mode_IN;
    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd     = GPIO_PuPd_UP;
    GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);    

    F_CS = 1;  //不使能芯片        
}

//发送数据即可接收数据
u8 Spi_Send_Byte(u8 data) //data = 0x87 1000 0111
{
    u8 i, rx_data = 0x00;    //定义变量接收数据 0 0 0 0 0 0 0 0

    SCK = 0;

    for(i=0; i<8; i++)
    {
        //准备数据
        if(data & (1<<(7-i)))
        {
            MOSI = 1;
        }
        else
        {
            MOSI = 0;
        }
        delay_us(2);
        SCK = 1;
        delay_us(2);
        //接受数据，SCK变为低电平之前
        if(MISO == 1)
        {
            rx_data |= (1<<(7-i));
        }    
        SCK = 0;    
    }
    return rx_data;
}

u16 W25q128_Id(void)
{
    u16 id;
    F_CS = 0;  //使能芯片        

    //发送读ID命令
    Spi_Send_Byte(0x90);

    //发地址
    Spi_Send_Byte(0x00);
    Spi_Send_Byte(0x00);
    Spi_Send_Byte(0x00);

    id |= Spi_Send_Byte(0xFF)<<8;     //生产商ID
    id |= Spi_Send_Byte(0xFF);        //设备ID

    F_CS = 1;  //不使能芯片    
    return id;
}

void Write_Enable(void)
{
    F_CS = 0;  //使能芯片    
    //发送写使能命令
    Spi_Send_Byte(0x06);
    F_CS = 1;  //不使能芯片
}

//读状态寄存器1
u8 W25Q128_Read_status1(void)
{
    u8 status1;
    F_CS = 0;  //使能芯片

    //发送命令
    Spi_Send_Byte(0x05); 

    //发送任意字节
    status1 = Spi_Send_Byte(0xFF); 

    F_CS = 1;  //不使能芯片
    return status1;
}

void W25Q128_Erase_Sector(u32 addr) //0x01BF01
{    
    //写使能
    Write_Enable();

    F_CS = 0;  //使能芯片

    //发送擦除命令
    Spi_Send_Byte(0x20); 

    //拆分地址发送
    Spi_Send_Byte((addr>>16)&0xFF);
    Spi_Send_Byte((addr>>8)&0xFF);
    Spi_Send_Byte(addr&0xFF);     

    F_CS = 1;  //不使能芯片

    //判断是否擦除完成
    while(1)
    {
        //判断BUSY位是否为0
        if((W25Q128_Read_status1() & 0x01) == 0 )
            break;
    }
}

void W25Q128_Writer_data(u32 addr,u8 *buf, u32 len)
{
    Write_Enable();
    //芯片使能
    F_CS = 0;
    //写页命令
    Spi_Send_Byte(0x02);

    Spi_Send_Byte((addr>>16) &0xFF);
    Spi_Send_Byte((addr>>8) &0xFF);
    Spi_Send_Byte(addr&0xFF);

    //写数据
    while(len--)
    {
        Spi_Send_Byte(*buf);
        buf++;
    }
    F_CS = 1;

    //判断是否写完成
    while(1)
    {
        if((W25Q128_Read_status1() & 0x01) == 0 )
            break;
    }    
}

void W25Q128_Read_data(u32 addr,u8 *buf, u32 len)
{
    //芯片使能
    F_CS = 0;

    Spi_Send_Byte(0x03);

    //读数据地址
    Spi_Send_Byte((addr>>16) &0xFF);
    Spi_Send_Byte((addr>>8) &0xFF);
    Spi_Send_Byte(addr&0xFF);

    //读数据
    while(len--)
    {
        //发送任意数据
        *buf= Spi_Send_Byte(0xff);
        buf++;
    }

    F_CS = 1;
}

RFID

ISO14443协议

ISO14443协议是Contactless card standards (非接触式IC卡标准)协议。

REQA和WAKE-UP帧(P13，18)

请求和唤醒帧用来初始化通信并按以下次序组成：

通信开始。

• 7个数据位发送

• LSB首先发送

• 标准REQA的数据内容是0x26，WAKE UP请求的数据内容是0x52

通信结束不加奇偶校验位。

NVB

整个数据包里的数据的个数。长度: 1字节。

• 较高4位称为字节计数，指定所有有效数据位(包括被PCD发送的NVB和SEL，不包括CRC)的数目被8除后所得的整数。这样，字节计数的最小值是2而最大值是7。

• 较低4位称为比特计数，指定所有有效数据位(包括被PCD发送的NVB和SEL)的数目被8除后所得的余数。

基于14443-A的操作帧格式

• 请求卡: 0x26。返回两字节的卡类型
• 唤醒所有卡: 0x52。返回两字节的卡类型
• 防冲突: 0x93+0x20得到卡ID。返回四字节卡ID，一字节的校验（异或）
• 选择卡片: 0x93+0x70+4字节卡ID+1字节校验+2字节CRC16校验。返回卡校验0x08

RFID中间件的概念

为解决分布异构问题，人们提出了中间件(middleware)的概念。中间件是位于平台(硬件和操作系统)和应用之间的通用服务（如：DNS，DHCP），这些服务具有标准的程序接口和协议。针对不同的操作系统和硬件平台，它们可以有符合接口和协议规范的多种实现。

RFID微波2.4GHz频段的无线技术标准

• ZigBee/IEEE 802.15.4: ZigBee技术是一项新兴的短距离无线通信技术，主要面向的应用领域是低速率无线个人局域网(LRWPAN)，典型特征是近距离、低功耗、低成本、低传输速率，主要适用于自动控制以及远程控制领域，目的是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制。
• Wi-Fi/IEEE 802.11b: Wi-Fi即无线局域网，工作在2.4GHz频段，用于学校、商业等办公区域的无线连接技术，传输速率可达11Mbit/s，工作距离100m，采用直接序列扩频(DSSS) 的方式。采用Wi-Fi的主要推动因素是数据吞吐量，Wi-Fi-般用来将计算机与本地局域网相连或直接与互联网相连。

RC522概述

MF RC522是应用于13.56MHz非接触式通信中，高集成度读写卡系列芯片中的一员。是NXP公司针对“三表”应用推出的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片。

• 读写器，支持ISO 14443A/ MIFARER
• 可实现各种不同主机接口的功能：SPI接口；串行UART(类似RS232,电压电平取决于提供的管脚电压)；I2C接口
• 64字节的发送和接收FIFO缓冲区。
• 内部振荡器，连接27.12MHz的晶体。

RC522寄存器

CommandReg启动和停止命令的执行。
ComIrqReg包含中断请求标志
ErrorReg错误标志，指示执行的上个命令的错误状态
Status2Reg包含接收器和发送器的状态标志
FIFODtataReg 64字节FIFO缓冲区的输入和输出
FIFOLevelReg指示FIFO中存储的字节数
ControlReg不同的控制寄存器
BitFramingReg面向位的帧的调节
CollReg RF接口上检测到的第一个位冲突的位的位置

//spi地址字节按下面的格式传输。
//第一个字节的MSB位设置使用的模式。MSB位为1时从MFRC522读出数据;MSB位为0时将数据写入MFRC522。第一个字节的位6-1定义地址， 最后一位应当设置为0

FIFO缓冲区

FIFO缓冲区的输入和输出数据总线连接到FIFODataReg寄存器。通过写FIFODataReg寄存器来将一个字节的数据存入FIFO缓冲区，之后内部FIFO缓冲区写指针加1。除了读写FIFO缓冲区外，FIFO 缓冲区指针还可通过置位寄存器FIFOLevelReg的FlushBuffer位来复位。从而，FIFOLevel 位被清零，寄存器ErrorReg的BufferOvfl位被清零，实际存储的字节不能再访问。已经存放在FIFO缓冲区中的字节数：可以查看寄存器FIFOLevelReg的FIFOLevel字段。

RFID原理分析

M1卡

所谓的M1芯片，是指恩智浦出品的芯片缩写，全称为NXP Mifare1系列，常用的有S50及S70两种型号，属于非接触式IC卡。优点是可读可写的多功能卡，缺点是:价格稍贵，感应距离短，适合非定额消费系统、停车场系统、门禁考勤系统等。

工作原理

读写器向 M1 卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个 LC 串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下， LC 谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当所积累的电荷达到 2V 时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。

主要指标

• 容量为 8K 位 EEPROM（1KB）
• 分为 16 个扇区，每个扇区为 4 块，每块 16 个字节，以块为存取单位
• 每个扇区有独立的一组密码及访问控制
• 每张卡有唯一序列号，为 32 位
• 具有防冲突机制，支持多卡操作（可以同时读取多个电子标签）
• 无电源，自带天线（线圈），内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路
• 工作频率： 13.56MHZ（高频）
• 通信速率： 106 KBPS

存储结构

M1卡分为16个扇区，每个扇区由4块（块 0、块 1、块 2、块 3）组成，我们也将16个扇区的64个块按绝对地址编号为0~63，存贮结构如下图所示。

M1 射频卡与读写器的通讯

复位应答（ Answer to request）：M1 射频卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的，当有卡片进入读写器的操作范围时，读写器以特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为 M1 射频卡，即验证卡片的卡型。

**防冲突机制 (Anticollision Loop)**：当有多张卡进入读写器操作范围时，防冲突机制会从其中选择一张进行操作，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该过程会返回被选卡的序列号。

**选择卡片(Select Tag)**：选择被选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码。

**三次互相确认(3 Pass Authentication)**：选定要处理的卡片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验，在三次相互认证（硬件完成）之后就可以通过加密流进行通讯。（在选择另一扇区时，则必须进行另一扇区密码校验。）

加值和减值

初始化想要的值段后，调用加值和减值的函数即可。

面向比特的防冲突机制

卡片有一个全球唯一的序列号。 比如Mifare1卡， 每张卡片有一个全球唯一的32位二进制序列号。 显而易见，卡号的每一位上不是“1”就是“0”，而且由于是全世界唯一，所以任何两张卡片的序列号总有一位的值是不一样的，也就说总存在某一位，一张卡片上是“0”，而另一张卡片上是“1”。硬件自动完成。

S50读卡命令

• 请求0x26
• 防冲突0x93,0x70
• A认证0x60, addr, keyA, ID
• 读0x30,addr CRC16

硬件连接图

1. 主函数中的修改对应的头文件和LCD及Touch初始化全部改为串口初始化

2. main主函数只留下Delay_Init、串口及RMFRC522_Initializtion()初始化

3. 将MFRC522_Initializtion();//初始化MFRC522里面函数STM32_SPI3_Init()初始化程序改为模拟SPI引脚初始化

4. 在MFRC522.h中修改相关的头文件
将下面宏定义修改为对引脚的定义（CS:PD15   RST:PE15）
#define MFRC522_CS(x)   x ? GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_2):GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_2)
#define MFRC522_Rst(x)  x ? GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1):GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1)

5. 修改void SPI3_Send(u8 val) 及u8 SPI3_Receive(void)为模拟SPI发送接收数据

6. 修改MFRC522.c相关的延时函数

7. 修改主函数当中的MFRC522Test();获取RFID相关的卡ID 写入数据等
    while (1)
    {
        MFRC522Test();
        delay_s(1);
    }
8. 屏幕显示全部改为串口打印即可
 //命令有两种类型，一种是传给RC522的，对RC522进行操作；一种是先传给RC522，RC522再传给卡片   
//MF522命令字
#define PCD_IDLE              0x00               //取消当前命令 空闲模式
#define PCD_AUTHENT           0x0E               //验证密钥
#define PCD_RECEIVE           0x08               //接收数据
#define PCD_TRANSMIT          0x04               //发送数据
#define PCD_TRANSCEIVE        0x0C               //发送并接收数据
#define PCD_RESETPHASE        0x0F               //复位
#define PCD_CALCCRC           0x03               //CRC计算

//Mifare_One卡片命令字
#define PICC_REQIDL           0x26               //寻天线区内未进入休眠状态 REQA请求
#define PICC_REQALL           0x52               //寻天线区内全部卡     唤醒
#define PICC_ANTICOLL1        0x93               //防冲撞
#define PICC_ANTICOLL2        0x95               //防冲撞
#define PICC_AUTHENT1A        0x60               //验证A密钥
#define PICC_AUTHENT1B        0x61               //验证B密钥
#define PICC_READ             0x30               //读块
#define PICC_WRITE            0xA0               //写块
#define PICC_DECREMENT        0xC0               //扣款
#define PICC_INCREMENT        0xC1               //充值
#define PICC_RESTORE          0xC2               //调块数据到缓冲区
#define PICC_TRANSFER         0xB0               //保存缓冲区中数据
#define PICC_HALT             0x50               //休眠

NFC

NFC (Near Field Communication)近场通信，这个技术由非接触式射频识别(RFID) 演变而来，由飞利浦半导体(现恩智浦半导体公司)、诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是RFID及互连技术。

NFC是一种短距离高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于20cm距离内。其传输速度有106Kbit/s，212Kbit/s或者424Kbit/s三种。NFC采用主动和被动两种读取模式。

工作模式

• 卡模式：这个模式其实就是相当于一张采用RFID技术的IC卡。可以替代大量的IC卡(包括信用卡)场合商场刷卡、公交卡、门禁管制，车票，门票等等。此种方式下，有一个极大的优点，那就是卡片通过非接触读卡器的RF域来供电，即便是寄主设备(如手机)没电也可以工作。
• 读写器模式：这个模式可以模拟读卡器功能，读取MIFARE和FeliCa卡的信息
• 点对点模式：这个模式和红外线差不多，可用于数据交换，只是传输距离较短，传输创建速度较快，传输速度可快些，功耗低(蓝牙也类似)。将两个具备NFC功能的设备链接，能实现数据点对点传输，如下载音乐、交换图片。

PN532

PN532，它是一款高度集成的非接触式通讯收发模块，基于8051单片机核心。它支持6个不同的操作模式(硬件集成的)：

• ISO/IEC14443A/MIFARE 读/写器

• FeliCa 读/写器

• ISO/IEC14443B读/写器

• ISO/IEC14443A MIFARE卡模拟模式

• FeliCa卡模拟模式

• ISO/IEC 18092 ECMA 340点对点

这款芯片提供3中和主机通信的接口: SPI\|I2C\USART。

struct Pn532Cmd{
    uint8_t Preamble;//前序
    uint8_t StartCode[2];//包头
    uint8_t LEN;//包长 TFI+PD0... PDn
    uint8_t LCS;//长度校验LEN + LCS = 0x00
    uint8_t TFI;//命令帧识别位(0xD4: input) (0xD5: output)
    uint8_t *data;//数据域
    uint8_t DCS;//数据校验[TFI+PDO+PD1+...+PDn+DCS]=0x00
    uint8_t Postamble;//后序
};

uint8_t AUTHOR[14] = {0x40, 0x01, 0x60, 0x02, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, Oxff, 0xff, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04);
/*41 0应答，无措*/
uint8_t READ[4] = {0x40, 0x01, 0x30, 0x07};//交换数据，1号卡，读取块，2地址
/*41, 0，16bytes 应答，16个数据*/
uint8_t WRITE[20] = {0x40, 0x01, 0xa0, 0x02, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,1,2,3,4,5,6};//交換数据，1号卡，写入块
/*41, 0应答，无错*/
uint8_t INCREMENT[8] = {0x40, 0x01, 0xc1, 0x02, 1,0,0,0};//交换数据， 1号卡，充值，2地址，数据
uint8_t DECREMENT[8] = {0x40, 0x01,0xc0,0x02, 1,0,0,0};//交换数据， 1号卡，扣款，2地址，数据
uint8_t TRANSFER[4] = {0x40, 0x01,0xB0,0x02};//交换数据，1号卡，保存，2地址 回写

uint8_t Wake_Card()
{
    memset(rx_buffer, 0, sizeof(rx_buffer));//串口缓存器清零
    SendCmd(WAKE, 24) ;
    HAL_Delay(100) ;
    if(!memcmp(rx_buffer.WAKEBACK, 9))
    {
        printf("wake ok\n");
        return l;
    }
    else
    {
        printf("wake failed\n");
    }
    return 0;
}

uint8_t Scan_Card()
{
    menset(rx_buffer, 0, 128):
    GetCmd(SCAN, 3);
    SendCmd(buf, len);
    HAL_Delay(100);
    if(rx_buffer[5]==0xd5 && rx_buffer[6]==0x4b)
    {
        printf("get card\n");
        for(int i=0; i<4: i++)
        {
            ID[i]=rx_buffer[13+i];
            printf("%x ",ID[i]);   
        }
        printf("\n");
        return 1;
    }
    return 0;
}

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