基于STM32F4平台实现软件模拟SPI驱动W5500模块

一、硬件连接方案

1. 引脚映射表

W5500引脚	功能说明	STM32F4引脚	电路设计要点
SCLK	SPI时钟	PA5	上拉电阻10kΩ
MOSI	主出从入	PA7	串联33Ω电阻防反射
MISO	主入从出	PA6	加入施密特触发器
CS	片选信号	PA4	上拉至3.3V
RST	复位信号	PA3	RC复位电路（10kΩ+100nF）
INT	中断信号	PA0	外部中断配置

2. 电源设计

W5500供电方案：
- 3.3V LDO稳压（如AMS1117-3.3）
- 输入滤波：10μF电解电容 + 0.1μF陶瓷电容
- 电源隔离：数字/模拟地分割

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二、SPI模拟驱动实现

1. GPIO初始化（HAL库）

#define W5500_SCK_PIN   GPIO_PIN_5
#define W5500_MOSI_PIN  GPIO_PIN_7
#define W5500_MISO_PIN  GPIO_PIN_6
#define W5500_CS_PIN    GPIO_PIN_4
#define W5500_RST_PIN   GPIO_PIN_3

void W5500_GPIO_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    
    // 配置SCK/MOSI/CS为推挽输出
    GPIO_InitStruct.Pin = W5500_SCK_PIN | W5500_MOSI_PIN | W5500_CS_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    
    // 配置MISO为浮空输入
    GPIO_InitStruct.Pin = W5500_MISO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    
    // 初始状态：CS高电平，SCK低电平
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, W5500_CS_PIN, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, W5500_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET);
}

2. SPI时序控制函数

// 发送1字节数据（MSB优先）
uint8_t W5500_WriteByte(uint8_t data) {
    uint8_t rx_data = 0;
    
    for(uint8_t i=0; i<8; i++) {
        // 发送数据位
        if(data & 0x80) HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, W5500_MOSI_PIN, GPIO_PIN_SET);
        else HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, W5500_MOSI_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        
        // 生成SPI时钟（模式0：上升沿采样）
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, W5500_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET);
        HAL_Delay(1); // 50ns延时（根据系统时钟调整）
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, W5500_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        
        // 读取MISO数据
        if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, W5500_MISO_PIN)) rx_data |= (1 << (7-i));
        
        data <<= 1;
    }
    return rx_data;
}

// 读取1字节数据（带地址自动递增）
uint8_t W5500_ReadByte(uint16_t addr) {
    // 发送地址高字节（控制位：读模式）
    W5500_WriteByte(0x0F & (addr >> 8));
    W5500_WriteByte(0xFF & (addr >> 0));
    
    // 读取数据
    return W5500_WriteByte(0xFF);
}

// 写入寄存器（带地址自动递增）
void W5500_WriteReg(uint16_t addr, uint8_t *buf, uint16_t len) {
    // 发送地址高字节（控制位：写模式）
    W5500_WriteByte(0x80 | (0x0F & (addr >> 8)));
    W5500_WriteByte(0xFF & (addr >> 0));
    
    // 写入数据
    while(len--) {
        W5500_WriteByte(*buf++);
    }
}

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三、W5500初始化流程

1. 网络参数配置

void W5500_Network_Init(void) {
    uint8_t mac[6] = {0x00, 0x08, 0xDC, 0x11, 0x11, 0x11};
    uint8_t ip[4] = {192, 168, 1, 100};
    uint8_t subnet[4] = {255, 255, 255, 0};
    uint8_t gateway[4] = {192, 168, 1, 1};
    
    // 设置MAC地址
    W5500_WriteReg(0x0001, mac, 6);
    
    // 设置IP地址
    W5500_WriteReg(0x0003, ip, 4);
    W5500_WriteReg(0x0004, subnet, 4);
    W5500_WriteReg(0x0005, gateway, 4);
    
    // 启动网络协议栈
    WIZCHIP_Init();
    WIZCHIP_SetTimeout(50, 1000); // 超时设置
}

2. SPI模式配置

void W5500_SPI_Mode_Init(void) {
    // 设置SPI模式0（CPOL=0, CPHA=0）
    // 通过控制寄存器设置（需根据W5500手册调整）
    W5500_WriteReg(0x001E, 0x00); // MR: SPI模式设置
}

参考代码 基于stm32f4平台的模拟SPI驱动W5500模块 www.youwenfan.com/contentcnm/71817.html

四、常见问题解决方案

问题现象	可能原因	解决方法
SPI通信失败	片选信号未正确拉低	检查CS引脚电平及控制逻辑
无法读取芯片ID	时钟频率过高	降低SPI时钟至1MHz以下
网络连接不稳定	电源滤波不良	增加0.1μF和10μF去耦电容
数据包丢失	中断未及时处理	启用EXTI中断并优化中断服务程序

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五、调试工具配置

工具名称	型号	关键功能
逻辑分析仪	Saleae Logic 8	捕获SPI通信时序
网络分析仪	Keysight N9914A	分析以太网信号质量
电流分析仪	Keysight CX3300	测量网络模块功耗
热成像仪	FLIR E5-XT	检测芯片温度分布