固件#02--SPI原理和代码

SPI总线与AD5317R交互

最新推荐文章于 2025-07-29 11:14:03 发布

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本文介绍了SPI总线系统的工作原理及其在主模式和从模式下的操作方式，并通过具体实例展示了如何使用SPI与AD5317R芯片进行数据交换，包括读写操作的具体实现。

原理

简介

SPI(Serial Peripheral Interface–串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。

主模式或从模式操作
基于三条线的全双工同步传输
基于双线的半双工同步传输，其中一条可作为双向数据线
基于双线的单工同步传输，其中一条可作为单向数据线
8 位到 16 位传输帧格式选

四个 I/O 引脚专用于与外部器件进行 SPI 通信。

MISO：主输入/ 从输出数据。通常情况下，此引脚用于在从模式下发送数据和在主模式下接收数据。
MOSI：主输出/ 从输入数据。通常情况下，此引脚用于在主模式下发送数据和在从模式下接收数据。
SCK：SPI 主器件的串行时钟输出引脚以及 SPI 从器件的串行时钟输入引脚。
NSS：从器件选择引脚。根据 SPI 和 NSS 设置，该引脚可用于：选择单个从器件以进行通信、同步数据帧或、检测多个主器件之间是否存在冲突。

写操作

下降沿数据有效。

读操作

模拟SPI代码

演示对芯片AD5317R的读写操作。

命令0011允许用户写入DAC寄存器并直接更新DAC输出。

例如，要回读通道A的DAC寄存器，应当实施如下操作
序列：

将0x900000写入AD5317R输入寄存器。这会将器件配置为读取模式，同时选中通道A的DAC寄存器。注意，从DB15至DB0的所有数据位都是无关位。
然后执行第二个写操作，写入NOP条件0x000000。在此写入期间，来自寄存器的数据在SDO线路上逐个输出。DB23至DB20包含未定义的数据，后16位则包含DB19至DB4 DAC寄存器内容。

spi.h


    #ifndef __SPI_H
    #define __SPI_H

    /* Includes ------------------------------------------------------------------*/
    #include "stm32l0xx_hal.h"

    #define SPI_SCK_PIN                     GPIO_PIN_4
    #define SPI_SCK_GPIO_PORT               GPIOC
    #define SPI_MOSI_PIN                    GPIO_PIN_7
    #define SPI_MOSI_GPIO_PORT              GPIOC
    #define SPI_MISO_PIN                    GPIO_PIN_8
    #define SPI_MISO_GPIO_PORT              GPIOC
    #define SPI_NSS_PIN                     GPIO_PIN_6
    #define SPI_NSS_GPIO_PORT               GPIOC

    #define SPI_SCK_GPIO_CLK_ENABLE()       __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE()
    #define SPI_MISO_GPIO_CLK_ENABLE()      __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE()
    #define SPI_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE()      __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE()
    #define SPI_NSS_GPIO_CLK_ENABLE()       __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE()


    #define MOSI_H  HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_SET)  
    #define MOSI_L  HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_RESET)  
    #define SCK_H   HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET)  
    #define SCK_L   HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET)  
    #define MISO    HAL_GPIO_ReadPin(SPI_MISO_GPIO_PORT, SPI_MISO_PIN) 
    #define NSS_H   HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_SET)  
    #define NSS_L   HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_RESET) 


    #define EEPROM_DAC_START_ADDR   DATA_EEPROM_BASE+6             /* Start @ of user EEPROM area */
    #define EEPROM_DAC_END_ADDR     (EEPROM_BIAS_START_ADDR + 7)   /* End @ of user EEPROM area */
    #define IS_DAC_DATA_ADDRESS(__ADDRESS__)          (((__ADDRESS__) >= EEPROM_DAC_START_ADDR) && ((__ADDRESS__) <= EEPROM_DAC_END_ADDR))

    void SPI_Init(void);
    uint16_t SPI_ReadWrite_Byte(uint8_t cmd_addr, uint16_t data);
    void AD5317R_DAC_Write(uint8_t channel, uint16_t data);
    uint16_t AD5317R_DAC_Read(uint8_t channel);
    void AD5317R_DAC_Disable(uint8_t channel);
    void AD5317R_DAC_Enable(uint8_t channel);
    #endif

spi.c


    #include "spi.h"
    #include "main.h"
    #include "stm32l0xx_hal.h"

    void SPI_Init(void)
    {  
      /*##-1- Enable peripherals and GPIO Clocks #################################*/
      /* Enable GPIO TX/RX clock */
      SPI_SCK_GPIO_CLK_ENABLE();
      SPI_MISO_GPIO_CLK_ENABLE();
      SPI_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE();
      SPI_NSS_GPIO_CLK_ENABLE();

      /*##-2- Configure peripheral GPIO ##########################################*/
      /* SPI SCK GPIO pin configuration  */
      GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

      GPIO_InitStruct.Pin       = SPI_SCK_PIN;
      GPIO_InitStruct.Mode      = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
      //GPIO_InitStruct.Pull      = GPIO_PULLDOWN;
      GPIO_InitStruct.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
      HAL_GPIO_Init(SPI_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
      HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET);

      /* SPI MISO GPIO pin configuration  */
      GPIO_InitStruct.Pin = SPI_MISO_PIN;
      GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
      HAL_GPIO_Init(SPI_MISO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

      /* SPI MOSI GPIO pin configuration  */
      GPIO_InitStruct.Pin = SPI_MOSI_PIN;
      GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
      HAL_GPIO_Init(SPI_MOSI_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
      HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_SET);

      GPIO_InitStruct.Pin = SPI_NSS_PIN;
      GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
      HAL_GPIO_Init(SPI_NSS_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
      HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_SET);
    }

    uint16_t SPI_ReadWrite_Byte(uint8_t cmd_addr, uint16_t data)
    {  
      uint16_t temp=0;
      NSS_L;  
      SCK_H;    
      __NOP();             /*读取第一bit数据 等待数据稳定 根据实际时钟调整*/
      for(uint8_t i=0;i<8;i++)
      {    
        if(cmd_addr&0x80) 
        {
          MOSI_H;          /*若最高位为高，则输出高*/
        }
        else
        {
          MOSI_L;          /*若最高位为低，则输出低*/    
        }    
        __NOP();
        cmd_addr <<= 1;
        SCK_L;
        temp <<= 1;        /*数据左移*/
        if(MISO)
        {
          temp++;          /*若从从机接收到高电平，数据自加一*/
        }
        SCK_H;
      }

      data <<= 6;

      for(uint8_t i=0;i<16;i++)
      {    
        if(data&0x8000) 
        {
          MOSI_H;          /*若最高位为高，则输出高*/
        }
        else
        {
          MOSI_L;          /*若最高位为低，则输出低*/    
        }    
        __NOP();
        data <<= 1;
        SCK_L;
        temp <<= 1;        /*数据左移*/
        if(MISO)
        {
          temp++;          /*若从从机接收到高电平，数据自加一*/
        }
        SCK_H;
      }
      NSS_H;
      return temp;
    }

    void AD5317R_DAC_Disable(uint8_t channel)
    {
      uint8_t data = *(__IO uint8_t *)EEPROM_DAC_START_ADDR; 
      data= data+ 1<<((channel-1)*2);
      SPI_ReadWrite_Byte(0x40, data);

      HAL_FLASHEx_DATAEEPROM_Unlock();
      HAL_FLASHEx_DATAEEPROM_Program(FLASH_TYPEPROGRAMDATA_BYTE, EEPROM_DAC_START_ADDR, data);
      HAL_FLASHEx_DATAEEPROM_Lock();
    }

    void AD5317R_DAC_Enable(uint8_t channel)
    {
      uint8_t data = *(__IO uint8_t *)EEPROM_DAC_START_ADDR;  
      data= data+ 0<<((channel-1)*2);
      SPI_ReadWrite_Byte(0x40, data);

      HAL_FLASHEx_DATAEEPROM_Unlock();
      HAL_FLASHEx_DATAEEPROM_Program(FLASH_TYPEPROGRAMDATA_BYTE, EEPROM_DAC_START_ADDR, data);
      HAL_FLASHEx_DATAEEPROM_Lock();
    }

    void AD5317R_DAC_Write(uint8_t channel, uint16_t data)
    {
      uint8_t cmd_addr = 0x30+(1<<((channel-1)*2));
      SPI_ReadWrite_Byte(cmd_addr, data);
    }

    uint16_t AD5317R_DAC_Read(uint8_t channel)
    {
      uint8_t cmd_addr = 0x90+(1<<((channel-1)*2));
      SPI_ReadWrite_Byte(cmd_addr, 0x0000);

      uint16_t data = SPI_ReadWrite_Byte(0x00, 0x0000);
      return data>>4;
    }