STM32F407——SPI笔记

本文详细介绍了SPI协议的原理,包括物理层的四根信号线,协议层的起始和停止信号、数据有效性、CPOL/CPHA及四种通讯模式。还探讨了STM32F407的SPI特性,如通信引脚、时钟控制逻辑、数据控制逻辑、整体控制逻辑以及通信过程。并提到了SPI-FLASH的相关实验函数。

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SPI 协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议(Serial Peripheral Interface),即串行外围设备接口,是一种高速全双工的通信总线。它被广泛地使用在 ADC、 LCD 等设备与 MCU 间,要求通讯速率较高的场合。

速率相对I2C快一些
一.物理层
相比I2C,SPI主要用到了四根线,SCK(时钟信号线),MOSI(主发从收),MISO(主收从发),SS(片选信号线)。
在这里插入图片描述
二.协议层
和I2C协议差不多,SPI 协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、时钟同步等环节。(就是EV1 2 3 4 5 6 7 8等事件)
1.主机通信时序图:
在这里插入图片描述

2.通讯的起始和停止信号
NSS 信号线由高变低,是 SPI 通讯的起始信号。 NSS 是每个
从机各自独占的信号线,当从机检在自己的 NSS 线检测到起始信号后,就知道自己被主机选中了,开始准备与主机通讯。NSS 信号由低变高,是 SPI 通讯的停止信号,表示本次通讯结束,从机的选中状态被取消。

3.数据有效性
MOSI及 MISO 数据线在 SCK 的每个时钟周期传输一位数据,且数据输入输出是同时进行的。

4.CPOL/CPHA 及通讯模式
SPI 一共有四种通讯模式,它们的主要区别是总线空闲时 SCK 的时钟状态以及数据采样时刻。

时钟极性 CPOL 是指 SPI 通讯设备处于空闲状态时, SCK 信号线的电平信号(即 SPI 通讯开始前、 NSS 线为高电平时 SCK 的状态)。 CPOL=0 时, SCK 在空闲状态时为低电平,CPOL=1 时,则相反。

时钟相位 CPHA 是指数据的采样的时刻,当 CPHA=0 时, MOSI 或 MISO 数据线上的信号将会在 SCK 时钟线的“奇数边沿”被采样。当 CPHA=1 时,数据线在 SCK 的“偶数边沿“采样。
基数边沿采样:
在这里插入图片描述偶数边沿采样:
在这里插入图片描述
如图为四种模式,常用的为模式0和模式3:
在这里插入图片描述
三. SPI特性
1.通信引脚
如下图为F407的引脚
在这里插入图片描述
2.时钟控制逻辑

SCK 线的时钟信号,由波特率发生器根据“控制寄存器 CR1‖中的 BR[0:2]位控制,该位是对 fpclk时钟的分频因子,对 fpclk的分频结果就是 SCK 引脚的输出时钟频率。具体如下图:
在这里插入图片描述
3.数据控制逻辑

SPI 的 MOSI 及 MISO 都连接到数据移位寄存器上,数据移位寄存器的内容来源于接收缓冲区及发送缓冲区以及 MISO、 MOSI 线。当向外发送数据的时候,数据移位寄存器以“发送缓冲区”为数据源,把数据一位一位地通过数据线发送出去;当从外部接收数据的时候,数据移位寄存器把数据线采样到的数据一位一位地存储到“接收缓冲区”中。通过写 SPI 的“数据寄存器 DR”把数据填充到发送缓冲区中,通过 “数据寄存器 DR”,可以获取接收缓冲区中的内容。数据帧8/16位均可。

4.整体控制逻辑

整体控制逻辑负责协调整个 SPI 外设,控制逻辑的工作模式根据我们配置的“控制寄存器(CR1/CR2)”的参数而改变;
在外设工作时,控制逻辑会根据外设的工作状态修改“状态寄存器(SR)”,我们只要读取状态寄存器相关的寄存器位,就可以了解 SPI 的工作状态。

5.通信过程

主模式下的收发
在这里插入图片描述
四.SPI-FLASH的=实验主要函数
函数主要思想和I2C相似,在此简化做笔记
1.写一个字节SPI_FLASH_ByteWrite(发送和接收同时进行)

uint8_t SPI_FLASH_ByteWrite(uint8_t data)
{
   
	uint8_t re_data;	
	SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
	//等待发送为空
  	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPI, SPI_I2S_FLAG_TXE)==RESET)
  {
   
    if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(0);		
  }
### 关于STM32F407与OLED屏幕显示的相关教程 #### 基础介绍 STM32F407是一款高性能微控制器,广泛应用于各种嵌入式系统开发项目中。当其搭配OLED显示屏使用时,能够实现丰富的图形界面展示效果[^1]。 #### 驱动特性概述 针对不同型号的OLED屏,该平台下的驱动方案具备良好的兼容性和扩展性;特别是对于中文字符的支持尤为突出——通过特定字体库加载机制,在保持原有硬件接口不变的情况下轻松实现了多国语言文字混排打印功能。 #### 实现细节说明 为了使开发者更便捷地操作这些设备,官方提供了详尽的应用笔记和技术文档作为指导材料。例如,在处理SPI通信协议方面遇到的问题可以通过调整初始化参数来解决,确保数据传输稳定可靠而不影响最终视觉呈现质量[^3]。 #### 示例代码片段 下面给出一段简单的C语言源码用于演示如何配置并控制连接至MCU上的SSD1306型0.96英寸黑白矩阵显示器完成基本的文字输出任务: ```c #include "stm32f4xx_hal.h" #include "ssd1306.h" // 初始化IIC/I2C总线以及设置相关寄存器值等准备工作... void OLED_Init(void){ // ...具体实现省略... } int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); OLED_Init(); /* Initialize the OLED display */ while (1) { SSD1306_ClearScreen(); /* Clear screen before drawing new content */ char str[] = "Hello, World!"; // 设置光标位置到第一页的第一列 SSD1306_SetCursor(0, 0); // 打印字符串 SSD1306_WriteString(str); // 更新缓冲区内容到实际屏幕上 SSD1306_UpdateScreen(); HAL_Delay(1000); // Delay for one second between updates. } } ```
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