STM32-SPI通信原理及编程步骤

STM32SPI通信原理及编程步骤一、简介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。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。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（上升或下降）数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）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。数据时钟时序图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，战舰STM32开发板是支持的）。二、库函数讲解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。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时钟我们要用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。这里我们使用的是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_InitTypeDefGPIO_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GPIOB2）初始化SPI2,设置SPI2工作模式接下来我们要初始化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。voidSPI_Init(SPI_TypeDef*SPIx,SPI_InitTypeDef*SPI_InitStruct)；跟其他外设初始化一样，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：typedefstruct{uint16_tSPI_Direction;uint16_tSPI_Mode;uint16_tSPI_DataSize;uint16_tSPI_CPOL;uint16_tSPI_CPHA;uint16_tSPI_NSS;uint16_tSPI_BaudRatePrescaler;uint16_tSPI_FirstBit;uint16_tSPI_CRCPolynomial;}SPI_InitTypeDef;初始化的范例格式为：SPI_InitTypeDefSPI_InitStructure;SPI_InitStructure.SPI_Direction=SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;//双线双向全双工SPI_InitStructure.SPI_Mode=SPI_Mode_Master;//主SPISPI_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256SPI_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：voidSPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef*SPIx,uint16_tData)；这个函数很好理解，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_tSPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef*SPIx)；这个函数也不难理解，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)；关于管脚的配置，参考下表：#includespi.hvoidSPI2_Init(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;SPI_InitTypeDefSPI_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GPIOBGPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15);//PB13/14/15上拉SPI_InitStructure.SPI_Direction=SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;//设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工SPI_InitStructure.SPI_Mode=SPI_Mode_Master;//设置SPI工作模式:设置为主SPISPI_InitStructure.SPI_DataSize=SPI_DataSize_8b;//设置SPI的数据大小: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;//串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样SPI_InitStructure.SPI_NSS=SPI_NSS_Soft;//NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler=SPI_BaudRatePrescaler_256;//定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256SPI_InitStructure.SPI_FirstBit=SPI_FirstBit_MSB;//指定数据传输从MSB位还是LSB位开始: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SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器SPI_Cmd(SPI2,ENABLE);//使能SPI外设SPI2_ReadWriteByte(0xff);//启动传输}//SPI速度设置函数//SpeedSet://SPI_BaudRatePrescaler_22分频//SPI_BaudRatePrescaler_88分频//SPI_BaudRatePrescaler_1616分频//SPI_BaudRatePrescaler_256256分频voidSPI2_SetSpeed(u8SPI_BaudRatePrescaler){assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));SPI2-CR1&=0XFFC7;SPI2-CR1|=SPI_BaudRatePrescaler;//设置SPI2速度SPI_Cmd(SPI2,ENABLE);}//SPIx读写一个字节//TxData:要写入的字节//返回值:读取到的字节u8SPI2_ReadWriteByte(u8TxData){u8retry=0;while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2,SPI_I2S_FLAG_TXE)==RESET)//检查指定的SPI标志位设置与否:发送缓存空标志位{retry++;if(retry200)return0;}SPI_I2S_SendData(SPI2,TxData);//通过外设SPIx发送一个数据retry=0;while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2,SPI_I2S_FLAG_RXNE)==RESET)//检查指定的SPI标志位设置与否:接受缓存非空标志位{retry++;if(retry200)ret