STM32学习笔记——SPI串行通讯（向原子哥学习）

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 一、SPI  简介

　　SPI是 Serial Peripheral interface 的缩写，就是串行外围设备接口。SPI 接口主要应用在  EEPROM， FLASH，实时时钟，AD 转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为 PCB 的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，STM32 有 SPI 接口。下面是 SPI 的内部简明图：

图1 SPI 内部结构简明图

　　SPI 接口一般使用 4 条线通信：

　　　　MISO  主设备数据输入，从设备数据输出。

　　　　MOSI  主设备数据输出，从设备数据输入。

　　　　SCLK 时钟信号，由主设备产生。

　　　　CS 从设备片选信号，由主设备控制。

　　从图中可以看出，主机和从机都有一个串行移位寄存器，主机通过向它的 SPI 串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。寄存器通过 MOSI 信号线将字节传送给从机，从机也将自己的移位寄存器中的内容通过 MISO 信号线返回给主机。这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。

二、

　　SPI 主要特点有：可以同时发出和接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。

　　SPI 总线四种工作方式  SPI  模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果 CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相位（CPHA）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（CPOL位为0时就是下降沿，CPOL位为’1’时就是上升沿）数据被采样；如果 CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（CPOL位为0时就是下降沿，CPOL位为’1’时就是上升沿）数据被采样。SPI 主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性应该一致。

　　不同时钟相位下的总线数据传输时序如图 2 所示：

图2  不同时钟相位下的总线传输时序（CPHA=0/1）

　　STM32 的 SPI 功能很强大，SPI 时钟最多可以到 18Mhz，支持 DMA，可以配置为 SPI 协议或者 I2S 协议（仅大容量型号支持） 。

　　使用 STM32 的 SPI2 的主模式，下面就来看看 SPI2 部分的设置步骤吧。SPI 相关的库函数和定义分布在文件 stm32f10x_spi.c 以及头文件 stm32f10x_spi.h 中。

三、STM32 的主模式配置步骤如下：

　　1）配置相关引脚的复用功能，使能 SPI2 时钟

　　用 SPI2，第一步就要使能 SPI2 的时钟。其次要设置 SPI2 的相关引脚为复用输出，这样才会连接到 SPI2 上否则这些 IO 口还是默认的状态，也就是标准输入输出口。这里使用的是 PB13、14、15 这 3 个（SCK.、MISO、MOSI，CS 使用软件管理方式），所以设置这三个为复用 IO。

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(  RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );　　　　　　　　//PORTB 时钟使能

RCC_APB1PeriphClockCmd(  RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE );　　　　　　　　//SPI2 时钟使能  

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; 　　　　　　　　　　　　//PB13/14/15 复用推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);　　　　　　　　　　　　　　　　　　//初始化 GPIOB

　　2）初始化 SPI2,设置 SPI2 工作模式

　　接下来要初始化 SPI2,设置 SPI2 为主机模式，设置数据格式为 8 位，然设置 SCK 时钟极性及采样方式。并设置 SPI2 的时钟频率（最大 18Mhz），以及数据的格式（MSB 在前还是LSB 在前）。这在库函数中是通过 SPI_Init 函数来实现的。

　　　　void SPI_Init(SPI_TypeDef* SPIx, SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct)；

　　第一个参数是 SPI 标号，这里我们是使用的 SPI2。下面我们来看看第二个参数结构体类型 SPI_InitTypeDef 的定义：

typedef struct

{

uint16_t SPI_Direction;

uint16_t SPI_Mode;

uint16_t SPI_DataSize;

uint16_t SPI_CPOL;

uint16_t SPI_CPHA;

uint16_t SPI_NSS;

uint16_t SPI_BaudRatePrescaler;

uint16_t SPI_FirstBit;

uint16_t SPI_CRCPolynomial;

}SPI_InitTypeDef;

结构体成员变量比较多，这里我们挑取几个重要的成员变量讲解一下：

　　第一个参数 SPI_Direction 是用来设置 SPI 的通信方式，可以选择为半双工，全双工，以及串行发和串行收方式，这里我们选择全双工模式 SPI_Direction_2Lines_FullDuplex。

　　第二个参数 SPI_Mode 用来设置 SPI 的主从模式，这里我们设置为主机模式 SPI_Mode_Master，当然有需要你也可以选择为从机模式 SPI_Mode_Slave。

　　第三个参数 SPI_DataSiz 为 8 位还是 16 位帧格式选择项，这里我们是 8 位传输，选择 SPI_DataSize_8b。

　　第四个参数 SPI_CPOL 用来设置时钟极性，我们设置串行同步时钟的空闲状态为高电平所以我们选择 SPI_CPOL_High。

　　第五个参数 SPI_CPHA 用来设置时钟相位，也就是选择在串行同步时钟的第几个跳变沿（上升或下降）数据被采样，可以为第一个或者第二个条边沿采集，这里我们选择第二个跳变沿，所以选择 SPI_CPHA_2Edge

　　第六个参数 SPI_NSS 设置 NSS 信号由硬件（NSS 管脚）还是软件控制，这里我们通过软件控制 NSS 关键，而不是硬件自动控制，所以选择 SPI_NSS_Soft。

　　第七个参数 SPI_BaudRatePrescaler 很关键，就是设置 SPI 波特率预分频值也就是决定 SPI 的时钟的参数 ， 从不分频道 256 分频 8 个可选值，初始化的时候我们选择 256 分频值 SPI_BaudRatePrescaler_256,  传输速度为 36M/256=140.625KHz。

　　第八个参数 SPI_FirstBit 设置数据传输顺序是 MSB 位在前还是 LSB 位在前， ，这里我们选择SPI_FirstBit_MSB 高位在前。

　　第九个参数 SPI_CRCPolynomial 是用来设置 CRC 校验多项式，提高通信可靠性，大于 1 即可。

设置好上面 9 个参数，就可以初始化 SPI 外设了。初始化的范例格式为：

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; 　　　　//双线双向全双工

SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;    　　　　　　　　　　　　　　//主 SPI

SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;  　　　　　　　　　　　　　// SPI 发送接收 8 位帧结构

SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;　　　　　　　　　　　　　　　　　//串行同步时钟的空闲状态为高电平

SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;　　　　　　　　　　　　　　　　//第二个跳变沿数据被采样

SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;  　　　　　　　　　　　　　　　　　//NSS 信号由软件控制
　　
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;  　//预分频 256

SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;  　　　　　　　　　　　　//数据传输从 MSB 位开始

SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;  　　　　　　　　　　　　　　　　　　//CRC 值计算的多项式

SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//根据指定的参数初始化外设 SPIx 寄存器

　　3）使能 SPI2

　　初始化完成之后接下来是要使能 SPI2 通信了，在使能 SPI2 之后，我们就可以开始 SPI 通讯了。使能 SPI2 的方法是：
　　　　 SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); //使能 SPI 外设

　　4）SPI 传输数据

　　通信接口当然需要有发送数据和接受数据的函数，固件库提供的发送数据函数原型为：

　　　　void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data)；//往 SPIx 数据寄存器写入数据  Data，从而实现发送。

　　固件库提供的接受数据函数原型为：

　　　　uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx)  ；//从 SPIx 数据寄存器读出接受到的数据。

　　5）查看 SPI 传输状态

　　在 SPI 传输过程中，我们经常要判断数据是否传输完成，发送区是否为空等等状态，这是通过函数 SPI_I2S_GetFlagStatus 实现的，这个函数很简单就不详细讲解，判断发送是否完成的方法是：

　　　　SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE)；

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