stm32学习笔记（10）spi

最新推荐文章于 2025-04-25 16:49:18 发布

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#stm32 #学习 #笔记

前言

SPI（Serial Peripheral Interface）是嵌入式系统中应用最广泛的同步串行通信协议之一，其高效的全双工通信和灵活的硬件设计使其成为传感器、存储器和显示模块的理想选择。本文从基本通信原理和实现两个方面来介绍SPI通信。

工作原理

SPI是一种全双工、同步、主从式的串行通信协议，其核心在于通过时钟信号（SCLK）同步主从设备之间的数据交换。以下从硬件接口、时序逻辑两个维度详细解析其工作原理。

硬件接口

SPI通过4根信号线实现通信：
1. SCLK（Serial Clock）
由主机生成，控制数据传输节奏。
时钟频率决定通信速率（如10 MHz、20 MHz）。

2. MOSI（Master Out Slave In）
主机向从机发送数据的单向通道。

3. MISO（Master In Slave Out）
从机向主机返回数据的单向通道。

4. SS/CS（Slave Select/Chip Select）
主机通过拉低此信号选择目标从机（低电平有效）。
多从机系统中，每个从机需独立的SS信号。

时序逻辑

SPI的时序逻辑由时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）共同定义，决定了数据在时钟信号（SCLK）的哪个边沿被采样和更新。

CPOL（Clock Polarity，时钟极性）
定义SCLK在空闲状态（无数据传输时）的电平：
CPOL=0：SCLK空闲时为低电平。
CPOL=1：SCLK空闲时为高电平。

CPHA（Clock Phase，时钟相位）
定义数据在时钟的哪个边沿被采样：
CPHA=0：数据在SCLK的第一个边沿（从空闲状态跳变的边沿）被采样。
CPHA=1：数据在SCLK的第二个边沿（与第一个边沿相反的边沿）被采样。

例如：

当CPOL=0, CPHA=0时（Mode 0）
空闲状态：SCLK为低电平。
数据传输：
主机在SCLK的上升沿发送数据（MOSI），从机在上升沿采样数据。

主机在SCLK的下降沿接收数据（MISO），从机在下降沿更新输出。

当CPOL=1, CPHA=1时（Mode 3）
空闲状态：SCLK为高电平。
数据传输：
主机在SCLK的**上升沿**发送数据（MOSI），从机在上升沿采样数据。

主机在SCLK的**下降沿**接收数据（MISO），从机在下降沿更新输出。

注意
1、数据必须在采样边沿到来前保持稳定。例如，Mode 0中，MOSI数据需在SCLK上升沿前稳定。
2、数据在采样边沿后仍需保持稳定一段时间。
3、最大SCLK频率由主从设备中较低速的一方决定（如从机支持10MHz，主机不可超过此速率）。
4、主从设备模式必须一致若主机使用Mode 0，从机也必须配置为Mode 0，否则数据采样错位，会导致通信失败。

测试示例

spi.c

void SPI1_Init(void)
{	 
	RCC->APB2ENR|=1<<2;       //PORTA时钟使能 	 
	RCC->APB2ENR|=1<<12;      //SPI1时钟使能 
		   
	//这里只针对SPI口初始化
	GPIOA->CRL&=0X000FFFFF; 
	GPIOA->CRL|=0XBBB00000;//PA5.6.7复用 	    
	GPIOA->ODR|=0X7<<5;    //PA5.6.7上拉
		
	SPI1->CR1|=0<<10;//全双工模式	
	SPI1->CR1|=1<<9; //软件nss管理
	SPI1->CR1|=1<<8;  

	SPI1->CR1|=1<<2; //SPI主机
	SPI1->CR1|=0<<11;//8bit数据格式	
	SPI1->CR1|=1<<1; //空闲模式下SCK为1 CPOL=1
	SPI1->CR1|=1<<0; //数据采样从第二个时间边沿开始,CPHA=1  
	SPI1->CR1|=7<<3; //Fsck=Fcpu/256
	SPI1->CR1|=0<<7; //MSBfirst   
	SPI1->CR1|=1<<6; //SPI设备使能
	SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输(主要作用：维持MOSI为高)		 
}   
//SPI1 速度设置函数
//SpeedSet:0~7
//SPI速度=fAPB2/2^(SpeedSet+1)
//APB2时钟一般为72Mhz
void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet)
{
	SpeedSet&=0X07;			//限制范围
	SPI1->CR1&=0XFFC7; 
	SPI1->CR1|=SpeedSet<<3;	//设置SPI1速度  
	SPI1->CR1|=1<<6; 		//SPI设备使能 
} 
//SPI1 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData)
{		
	u16 retry=0;				 
	while((SPI1->SR&1<<1)==0)//等待发送区空	
	{
		retry++;
		if(retry>0XFFFE)return 0;
	}			  
	SPI1->DR=TxData;	 	  //发送一个byte 
	retry=0;
	while((SPI1->SR&1<<0)==0) //等待接收完一个byte  
	{
		retry++;
		if(retry>0XFFFE)return 0;
	}	  						    
	return SPI1->DR;          //返回收到的数据				    
}

spi.h

#ifndef __SPI_H
#define __SPI_H
#include "sys.h"
#define SPI_SPEED_2   		0
#define SPI_SPEED_4   		1
#define SPI_SPEED_8   		2
#define SPI_SPEED_16  		3
#define SPI_SPEED_32 		4
#define SPI_SPEED_64 		5
#define SPI_SPEED_128 		6
#define SPI_SPEED_256 		7
						  	    													  
void SPI1_Init(void);			 //初始化SPI口
void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet); //设置SPI速度   
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData);//SPI总线读写一个字节
		 
#endif

上述代码使用的是stm32mini板上的SPI1进行通信。

如果有差别请根据手册上的总线结构来寻找相应的接口。

与其他通信方式的对比