SPI通信-育师

1.SPI通信简介

SCK：串行时钟线

MOSI：主机输出、从机输入（主机向从机发送数据）

MISO：主机输入、从机输出（主机从从机接收数据）

SS：从机选择（从机寻址）

2.SPI硬件电路

SS线都是低电平有效的，同一时间只有一条SS线能被置低电平（即同一时间只能选中一个从机）

当从机被选中时（即SS线被置低电平时），MISO才会是推挽输出，否则会被设置成高阻态（被断开）

3.SPI时序基本单元

1.起始和发送

就是起始就是选择从机，结束从机选中状态

2.收发数据时序（模式功能都一样）

1.模式0

MISO初始时为高阻态，结束时要重新配置为高阻态

数据提前移出和移入（MOSI在第0个边沿移出，在第1个边沿移入）

原因：数据要先移出才能移入

2.模式1

MISO初始时为高阻态，结束时要重新配置为高阻态

3.模式2

MISO初始时为高阻态，结束时要重新配置为高阻态

4.模式3

MISO初始时为高阻态，结束时要重新配置为高阻态

3.收发SPI时序格式（以芯片W25Q64作为参考）

基本格式：起始+指令码（读写等功能）+数据将被写入的地址+数据

4.基本配置格式（手动实现时序）

//从机选择（写SS的引脚） void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue) { GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue); } //时钟线 void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue) { GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue); } //主机将数据写入从机（发送） void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue) { GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue); } //主机接收从机数据（接收） uint8_t MySPI_R_MISO(void) { return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6); } //初始化 void MySPI_Init(void) { RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //将SCK、MOSI、SS配置成推挽输出 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //将主机输入、从机输出的MISO配置成上拉输入 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //置默认电平 MySPI_W_SS(1); MySPI_W_SCK(0); } //起始时序 void MySPI_Start(void) { MySPI_W_SS(0); } //终止时序 void MySPI_Stop(void) { MySPI_W_SS(1); } //交换一个字节（模式0收发数据） //注意：从机的操作是从机自动进行的，软件代码只需管主机 //方法一：使用掩码，取出每一位数据进行操作 uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend) { uint8_t i, ByteReceive = 0x00; for (i = 0; i < 8; i ++) { MySPI_W_MOSI(!!(ByteSend & (0x80 >> i))); MySPI_W_SCK(1); if (MySPI_R_MISO()){ByteReceive |= (0x80 >> i);} MySPI_W_SCK(0); } return ByteReceive; } //方法二：将数据本身进行移位，相当于将主机数据一位一位移出再一位一位移入从机数据 //uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend) //{ // uint8_t i; // // for (i = 0; i < 8; i ++) // { // MySPI_W_MOSI(!!(ByteSend & 0x80); // ByteSend<<=1; // MySPI_W_SCK(1); // if (MySPI_R_MISO()){ByteSend |= 0x01;} // MySPI_W_SCK(0); // } // // return ByteSend; //}

4.硬件实现SPI通信（STM32内部的SPI外设）

1.SPI外设简介

注意：SPI1挂载在APB2，PCLK是72MHz；而SPI2挂载在APB1，PCLK是36MHz

2.STM32中SPI外设的内部结构图

LSBFIRST：帧格式，可以选择数据是低位先行还是高位先行（给0，先发送MSB即高位先行；给1，先发送LSB即低位先行）

TXE：发送寄存器空

RXNE：接受寄存器非空

NSS：从机选择（低电平有效）当SSOE置1时，NSS配置成输出（即成为主机）；当SSOE清0后，NSS变为输入（即成为从机）

3.SPI基本结构图

4.硬件SPI的操作流程

1.主模式全双工连续传输（效率高）

示例为模式三

发送数据解释：开始时TXE=1表示发送寄存器空，TXE为0时，数据进入发送寄存器；TXE再次为1时，数据由发送寄存器进入移位寄存器，同时下一个数据紧接着进入发送寄存器

接收数据解释：开始时RXNE=0表示接受寄存器空，RXNE为1时，数据由移位寄存器进入接受寄存器，完成后清除RXNE（即直接置0）

这种数据传输模式是交叉的，并不是发送一个数据后马上接收此数据

2.非连续传输

基本逻辑：发送一个数据，然后等待此数据被接收，最后发送下一个字节。

注意：相较主模式全双工连续传输传输速度明显更慢

3.硬件SPI的实战代码

1.部分函数功能

//写DR数据寄存器 void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data); //读DR数据寄存器 uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx);

2.配置思路

1.RCC开启时钟（把SPI外设和对应的GPIO口的时钟打开）

2.配置GPIO（SCK、MOSI配置成复用推挽输出模式。MISO配置成上拉输入模式，SS配置成通用推挽输出）

3.配置SPI外设

4.开启SPI（使能)

3.基本配置格式（使用库函数实现时序）

//从机选择 void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue) { GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue); } //初始化 void MySPI_Init(void) { RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //SPI1是APB2上的外设 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE); //开启SS从机选择时钟 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //SCK和MOSI复用推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //MISO上拉输入模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //SPI初始化 SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;//SPI模式，决定SPI是主机还是从机 SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;//数据传输模式（此处为双线全双工） SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;//8位数据帧 SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;//高位先行 SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_128;//128分频（SPI1外设72/128） //配置模式（模式0、1、2、3） SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;//选择NSS模式（硬件NSS或软件NSS，此处为软件NSS） SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure); SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); MySPI_W_SS(1); } //起始时序 void MySPI_Start(void) { MySPI_W_SS(0); } //终止时序 void MySPI_Stop(void) { MySPI_W_SS(1); } //交换一个字节 uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend) { while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET);//等待TXE SPI_I2S_SendData(SPI1, ByteSend);//将数据写入DR while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) != SET);//等待RNXE return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);//将DR中的数据读出 }