一、实验目的

1、掌握STM32F103SPI通信程序设计流程；

2、熟悉STM32固件库的基本使用。

二、实验原理

1、使用STM32F103R6通过74HC595控制一位LID数码管，实现以下两个要求：

（1）数码管从0到9循环显示；

（2）STM32F103R6和74HC595之前采用SPI方式通信。

三、实验设备和器材

电脑、Keil uVision5软件、Proteus 8 Professional软件

四、实验内容和步骤

4.1 代码开发

按照书本中实验流程在Keil中完成SPI通信实验的代码开发；

4.2 原理图设计

在Proteus中完成原理图的设计，如图8所示。

图8 SPI通信实验原理图

五、实验记录和实验结果

5.1 实验效果记录（附照片即可）

5.2 实验效果说明

运行成功后，电路中的数码管会从0~9循环重复滚动显示。

六、实验预习要求

1. 实验前认真阅读本实验指导；
2. 熟悉书本中相关操作及相关器件。
3. 完成5.1和5.2内容。

七、思考题

1. SPI通信的特点

1. 全双工通信：SPI通信是全双工的，即在同一时刻可以同时进行数据的发送和接收。这使得SPI在数据传输速率和效率上有较大优势，特别适合需要高速数据传输的应用场合。

1. 主从结构：SPI通信中包含一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）。主设备负责发起通信和生成时钟信号，而从设备则被动响应主设备的指令。每个从设备都有一个专属的片选信号，用于选择通信的目标设备。

1. 多线制：SPI通信通常使用四根线：时钟线（SCLK）、主设备输出从设备输入线（MOSI）、主设备输入从设备输出线（MISO）、以及片选信号线（CS）（有时候可以有多个）。这种多线制设计使得SPI在连接设备数量较少但需要高速传输的情况下非常有效。

1. 速度灵活：SPI通信的时钟速率（SCLK）可以灵活调整，通常在几十kHz到数十MHz之间，甚至更高，取决于具体的硬件和设备的支持能力。这种灵活性使得SPI在不同应用场景下可以选择适合的传输速率。

1. 硬件依赖性：SPI通信通常依赖硬件支持，例如需要硬件SPI控制器来实现。这种硬件支持使得SPI在性能和实时性方面表现优异，但同时也限制了其在某些低成本、低功耗设备中的应用。

1. 应用广泛：SPI通信被广泛应用于各种需要高速数据传输和实时响应的场合，如存储器芯片（如Flash和EEPROM）、传感器（如加速度计和陀螺仪）、显示屏、无线模块等。

2、使用SPI通信的配置流程

1. 硬件连接：确保正确连接SPI总线的物理线路。SPI通常需要至少四根线：时钟线（SCLK）、主设备输出从设备输入线（MOSI）、主设备输入从设备输出线（MISO）、以及片选信号线（CS）。这些线需要连接到微控制器或处理器的对应SPI引脚。

1. 引脚配置：在开发环境中，配置正确的引脚功能以及电气特性，如输入/输出模式、上拉电阻等。这通常通过相关的开发工具或者硬件配置文件来完成。

1. SPI控制器初始化：在程序中初始化微控制器或者处理器的SPI控制器。这通常包括设置SPI的工作模式（主机或从机）、时钟极性（CPOL）和相位（CPHA）、数据位顺序（MSB或LSB先发送）、以及时钟速率等参数。

1. 从设备选择：对于每个连接的SPI从设备，需要确定其对应的片选信号线（CS）。主设备通过控制片选信号线来选择要与之通信的从设备。

1. 数据传输：使用SPI协议进行数据传输。传输数据通常涉及到以下步骤：主设备发送片选信号以选择从设备。主设备发送数据到从设备（通过MOSI线）同时从设备通过MISO线返回数据给主设备。数据传输结束后，主设备取消片选信号。数据传输可以是全双工的，意味着在同一时刻主设备可以发送和接收数据。

1. 错误处理与调试：实现适当的错误处理机制，以应对可能出现的通信错误，如时钟同步问题、数据传输中断等。调试时可以使用适当的工具或者调试输出来验证SPI通信的正确性。

1. 应用程序集成：将SPI通信集成到具体的应用程序中。这可能涉及到数据处理、设备控制、传感器数据采集等具体任务，确保SPI通信与应用程序的其他部分协调工作。

1. 测试和验证：在实际硬件或者仿真环境中测试SPI通信的功能和稳定性。验证数据的正确性、传输的稳定性以及通信的实时性。