目录
- 0x01 SPI通讯特点
- 0x01 硬件SPI示例
- 0x02 软件SPI示例
0x01 SPI通讯特点
SPI在接线方面会拥有片选引脚、时钟引脚、数据引脚，其中数据引脚又分为 MISO和MOSI，分别对应的是 “Master IN Slave Out”(主机输入从机输出) 和 “Master Out Slave IN”(主机输出从机输出)，在一些只需要使用MOSI引脚的设备例如OLED显示屏上，通常会将其标注为SDA引脚，因为无需读取数据，所以这个引脚自然也就成了唯一的数据引脚。
而使用SPI的方式进行通信，只需要CS引脚来区分所选择的设备。例如我要读取sd卡中的内容，并将其传输至OLED屏幕上进行显示，那么我可以先为OLED屏幕分配SPI1，随后再为sd卡增选一只spi引脚。CS引脚在使能后(有的设备是高电平选中，有的设备是低电平选中)，设备会认为被选中，从而可以向其发送或读取数据。
在使用SPI进行通讯时，具体配置与设备的时钟极性和时钟相位有关。
CPHA（时钟相位）：决定第一次电平跳变采样或第二次电平跳变采样;
CPOL（时钟极性）：决定SCLK在空闲时的电平状态。
0x01 硬件SPI示例
在实际使用中，数据手册一般都不会告知你使用的是SPI协议通信，需要自行去体会，下面随便找一个数据手册为例。
如何判断其使用的是SPI协议进行通信的呢？
可以看到图中有一个CS引脚，又有一只SCLK引脚，所以基本可以判断其使用的是SPI通讯协议了。
通过对这个时序图进行分析，我们马上能知道: CS管脚是低电平选中，所以在你仅有一个SPI设备的情况下，你可以直接把SPI引脚进行接地处理。
随后对SCLK这根线进行分析，我们可以看到时钟总线，在没有进行信号传输的时候，是处在一个低电平的状态，依此可以得到 时钟极性应配置为0。
继续观察 SCLK时序，可以看到在一个下降的箭头处有一个小箭头，这说明在与此设备的通信中，数据是在 SCLK低电平是时有效，并且也可以知道，此设备允许 一次传输16位数据。
根据这些，可以完成对SPI的配置，以下是GD32的SPI配置示例。
/* SPI parameter config */
spi_init_struct.trans_mode = SPI_TRANSMODE_FULLDUPLEX; //全双工模式
spi_init_struct.device_mode = SPI_MASTER;//本机为主机模式
spi_init_struct.frame_size = SPI_FRAMESIZE_16BIT;//传输16位数据
spi_init_struct.clock_polarity_phase = SPI_CK_PL_LOW_PH_1EDGE;//空闲为低电平,第1个下降沿有效(从0开始编号)
spi_init_struct.nss = SPI_NSS_SOFT;//CS引脚由软件控制
spi_init_struct.prescale = SPI_PSC_16;//分频速率
spi_init_struct.endian = SPI_ENDIAN_MSB;//大端模式传输
spi_init(SPI_TC, &spi_init_struct);
如此一来，即便是拿到了一个完全陌生的设备，只要拿到了时序图，便也可以快速上手了。
0x02 软件SPI示例
例如GD32的硬件SPI，是比较稳定的，可以使用DMA进行传输。但是某些单片机的SPI并不稳定例如STM32。
现在我们来随便找一个常用的OLED显示屏，ssd1306芯片的数据手册，使用软件SPI的方式来模拟SPI时序。
如图，可以获知，CS低电平有效，SCLK空闲状态为高电平，并且在第二个跳变沿生效，一次传输8位数据，D/C引脚为区分数据与命令的引脚，此项为区分数据与命令的作用。网上很多OLED屏的驱动例程，通常都会封装一个写命令函数和写数据函数。
可以自己编写一个使用STM32驱动 ssd1306屏幕的驱动库，看看能否达到想要的效果。
以下为网上广为流传的驱动代码，可以提供参考
#include "bsp_oled.h"
#include "bsp_oled.h"
#include "bsp_delay.h"
#include "stdlib.h"
#include "oledfont.h"
u8 OLED_GRAM[144][8];
//反显函数
void OLED_ColorTurn(u8 i)
{
if(i==0)
{
OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);//正常显示
}
if(i==1)
{
OLED_WR_Byte(0xA7,OLED_CMD);//反色显示
}
}
//屏幕旋转180度
void OLED_DisplayTurn(u8 i)
{
if(i==0)
{
OLED_WR_Byte(0xC8,OLED_CMD);//正常显示
OLED_WR_Byte(0xA1,OLED_CMD);
}
if(i==1)
{
OLED_WR_Byte(0xC0,OLED_CMD);//反转显示
OLED_WR_Byte(0xA0,OLED_CMD);
}
}
//开启OLED显示
void OLED_DisPlay_On(void)
{
OLED_WR_Byte(0x8D,OLED_CMD);//电荷泵使能
OLED_WR_Byte(0x14,OLED_CMD);//开启电荷泵
OLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD);//点亮屏幕
}
//关闭OLED显示
void OLED_DisPlay_Off(void)
{
OLED_WR_Byte(0x8D,OLED_CMD);//电荷泵使能
OLED_WR_Byte(0x10,OLED_CMD);//关闭电荷泵
OLED_WR_Byte(0xAE,OLED_CMD);//关闭屏幕
}
//设置OLED亮度
void OLED_SetBrightness(uint8_t xNUM)
{
OLED_WR_Byte(0x81,OLED_CMD);//设置亮度命令
OLED_WR_Byte(0x81,OLED_CMD);//亮度0x00-0xFF
}
//更新显存到OLED
void OLED_Refresh(void)
{
u8 i,n;
for(i=0;i<8;i++)
{
OLED_WR_Byte(0xb0+i,OLED_CMD); //设置行起始地址
OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD); //设置低列起始地址
OLED_WR_Byte(0x10,OLED_CMD); //设置高列起始地址
for(n=0;n<128;n++)
OLED_WR_Byte(OLED_GRAM[n][i],OLED_DATA);
}
}
//清屏函数
void OLED_Clear(void)
{
u8 i,n;
for(i=0;i<8;i++)
{
for(n=0;n<128;n++)
{
OLED_GRAM[n][i]=0;//清除所有数据
}
}
OLED_Refresh();//更新显示
}
//画点
//x:0~127
//y:0~63
//t:1 填充 0,清空
void OLED_DrawPoint(u8 x,u8 y,u8 t)
{
u8 i,m,n;
i=y/8;
m=y%8;
n=1<<m;
if(t){OLED_GRAM[x][i]|=n;}
else
{
OLED_GRAM[x][i]=~OLED_GRAM[x][i];
OLED_GRAM[x][i]|=n;
OLED_GRAM[x][i]=~OLED_GRAM[x][i];
}
}
//画线
//x1,y1:起点坐标
//x2,y2:结束坐标
void OLED_DrawLine(u8 x1,u8 y1,u8 x2,u8 y2,u8 mode)
{
u16 t;
int xerr=0,yerr=0,delta_x,delta_y,distance;
int incx,incy,uRow,uCol;
delta_x=x2-x1; //计算坐标增量
delta_y=y2-y1;
uRow=x1;//画线起点坐标
uCol=y1;
if(delta_x>0)incx=1; //设置单步方向
else if (delta_x==0)incx=0;//垂直线
else {incx=-1;delta_x=-delta_x;}
if(delta_y>0)incy=1;
else if (delta_y==0)incy=0;//水平线
else {incy=-1;delta_y=-delta_x;}
if(delta_x>delta_y)distance=delta_x; //选取基本增量坐标轴
else distance=delta_y;
for(t=0;t<distance+1;t++)
{
OLED_DrawPoint(uRow,uCol,mode);//画点
xerr+=delta_x;
yerr+=delta_y;
if(xerr>distance)
{
xerr-=distance;
uRow+=incx;
}
if(yerr>distance)
{
yerr-=distance;
uCol+=incy;
}
}
}
//x,y:圆心坐标
//r:圆的半径
void OLED_DrawCircle(u8 x,u8 y,u8 r)
{
int a, b,num;
a = 0;
b = r;
while(2 * b * b >= r * r)
{
OLED_DrawPoint(x + a, y - b,1);
OLED_DrawPoint(x - a, y - b,1);
OLED_DrawPoint(x - a, y + b,1);
OLED_DrawPoint(x + a, y + b,1);
OLED_DrawPoint(x + b, y + a,1);
OLED_DrawPoint(x + b, y - a,1);
OLED_DrawPoint(x - b, y - a,1);
OLED_DrawPoint(x - b, y + a,1);
a++;
num = (a * a + b * b) - r*r;//计算画的点离圆心的距离
if(num > 0)
{
b--;
a--;
}
}
}
//在指定位置显示一个字符,包括部分字符
//x:0~127
//y:0~63
//size1:选择字体 6x8/6x12/8x16/12x24
//mode:0,反色显示;1,正常显示
void OLED_ShowChar(u8 x,u8 y,u8 chr,u8 size1,u8 mode)
{
u8 i,m,temp,size2,chr1;
u8 x0=x,y0=y;
if(size1==8)size2=6;
else size2=(size1/8+((size1%8)?1:0))*(size1/2); //得到字体一个字符对应点阵集所占的字节数
chr1=chr-' '; //计算偏移后的值
for(i=0;i<size2;i++)
{
if(size1==8)
{temp=asc2_0806[chr1][i];} //调用0806字体
else if(size1==12)
{temp=asc2_1206[chr1][i];} //调用1206字体
else if(size1==16)
{temp=asc2_1608[chr1][i];} //调用1608字体
else if(size1==24)
{temp=asc2_2412[chr1][i];} //调用2412字体
else return;
for(m=0;m<8;m++)
{
if(temp&0x01)OLED_DrawPoint(x,y,mode);
else OLED_DrawPoint(x,y,!mode);
temp>>=1;
y++;
}
x++;
if((size1!=8)&&((x-x0)==size1/2))
{x=x0;y0=y0+8;}
y=y0;
}
}
//显示字符串
//x,y:起点坐标
//size1:字体大小
//*chr:字符串起始地址
//mode:0,反色显示;1,正常显示
void OLED_ShowString(u8 x,u8 y,u8 *chr,u8 size1,u8 mode)
{
while((*chr>=' ')&&(*chr<='~'))//判断是不是非法字符!
{
OLED_ShowChar(x,y,*chr,size1,mode);
if(size1==8)x+=6;
else x+=size1/2;
chr++;
}
}
//m^n
u32 OLED_Pow(u8 m,u8 n)
{
u32 result=1;
while(n--)
{
result*=m;
}
return result;
}
//显示数字
//x,y :起点坐标
//num :要显示的数字
//len :数字的位数
//size:字体大小
//mode:0,反色显示;1,正常显示
void OLED_ShowNum(u8 x,u8 y,u32 num,u8 len,u8 size1,u8 mode)
{
u8 t,temp,m=0;
if(size1==8)m=2;
for(t=0;t<len;t++)
{
temp=(num/OLED_Pow(10,len-t-1))%10;
if(temp==0)
{
OLED_ShowChar(x+(size1/2+m)*t,y,'0',size1,mode);
}
else
{
OLED_ShowChar(x+(size1/2+m)*t,y,temp+'0',size1,mode);
}
}
}
//显示汉字
//x,y:起点坐标
//num:汉字对应的序号
//mode:0,反色显示;1,正常显示
void OLED_ShowChinese(u8 x,u8 y,u8 num,u8 size1,u8 mode)
{
u8 m,temp;
u8 x0=x,y0=y;
u16 i,size3=(size1/8+((size1%8)?1:0))*size1; //得到字体一个字符对应点阵集所占的字节数
for(i=0;i<size3;i++)
{
if(size1==16)
{temp=Hzk1[num][i];}//调用16*16字体
else if(size1==24)
{temp=Hzk2[num][i];}//调用24*24字体
else if(size1==32)
{temp=Hzk3[num][i];}//调用32*32字体
else if(size1==64)
{temp=Hzk4[num][i];}//调用64*64字体
else return;
for(m=0;m<8;m++)
{
if(temp&0x01)OLED_DrawPoint(x,y,mode);
else OLED_DrawPoint(x,y,!mode);
temp>>=1;
y++;
}
x++;
if((x-x0)==size1)
{x=x0;y0=y0+8;}
y=y0;
}
}
//num 显示汉字的个数
//space 每一遍显示的间隔
//mode:0,反色显示;1,正常显示
void OLED_ScrollDisplay(u8 num,u8 space,u8 mode)
{
u8 i,n,t=0,m=0,r;
while(1)
{
if(m==0)
{
OLED_ShowChinese(128,24,t,16,mode); //写入一个汉字保存在OLED_GRAM[][]数组中
t++;
}
if(t==num)
{
for(r=0;r<16*space;r++) //显示间隔
{
for(i=1;i<144;i++)
{
for(n=0;n<8;n++)
{
OLED_GRAM[i-1][n]=OLED_GRAM[i][n];
}
}
OLED_Refresh();
}
t=0;
}
m++;
if(m==16){m=0;}
for(i=1;i<144;i++) //实现左移
{
for(n=0;n<8;n++)
{
OLED_GRAM[i-1][n]=OLED_GRAM[i][n];
}
}
OLED_Refresh();
}
}
//x,y：起点坐标
//sizex,sizey,图片长宽
//BMP[]：要写入的图片数组
//mode:0,反色显示;1,正常显示
void OLED_ShowPicture(u8 x,u8 y,u8 sizex,u8 sizey,u8 BMP[],u8 mode)
{
u16 j=0;
u8 i,n,temp,m;
u8 x0=x,y0=y;
sizey=sizey/8+((sizey%8)?1:0);
for(n=0;n<sizey;n++)
{
for(i=0;i<sizex;i++)
{
temp=BMP[j];
j++;
for(m=0;m<8;m++)
{
if(temp&0x01)OLED_DrawPoint(x,y,mode);
else OLED_DrawPoint(x,y,!mode);
temp>>=1;
y++;
}
x++;
if((x-x0)==sizex)
{
x=x0;
y0=y0+8;
}
y=y0;
}
}
}
#if OLED_COMMUNICATION_MODE == IIC
void OLED_WR_Byte(u8 dat,u8 cmd)
{
u8 i;
if(cmd)
OLED_DC_Set();
else
OLED_DC_Clr();
OLED_CS_Clr();
for(i=0;i<8;i++)
{
OLED_SCL_Clr();
if(dat&0x80)
OLED_SDA_Set();
else
OLED_SDA_Clr();
OLED_SCL_Set();
dat<<=1;
}
OLED_CS_Set();
OLED_DC_Set();
}
//OLED的初始化
void OLED_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); //使能A端口时钟
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//速度50MHz
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化GPIOA
GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_15);
OLED_RES_Clr();
delay_ms(200);
OLED_RES_Set();
OLED_WR_Byte(0xAE,OLED_CMD);//--turn off oled panel
OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//---set low column address
OLED_WR_Byte(0x10,OLED_CMD);//---set high column address
OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);//--set start line address Set Mapping RAM Display Start Line (0x00~0x3F)
OLED_WR_Byte(0x81,OLED_CMD);//--set contrast control register
OLED_WR_Byte(0xCF,OLED_CMD);// Set SEG Output Current Brightness
OLED_WR_Byte(0xA1,OLED_CMD);//--Set SEG/Column Mapping 0xa0左右反置 0xa1正常
OLED_WR_Byte(0xC8,OLED_CMD);//Set COM/Row Scan Direction 0xc0上下反置 0xc8正常
OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);//--set normal display
OLED_WR_Byte(0xA8,OLED_CMD);//--set multiplex ratio(1 to 64)
OLED_WR_Byte(0x3f,OLED_CMD);//--1/64 duty
OLED_WR_Byte(0xD3,OLED_CMD);//-set display offset Shift Mapping RAM Counter (0x00~0x3F)
OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//-not offset
OLED_WR_Byte(0xd5,OLED_CMD);//--set display clock divide ratio/oscillator frequency
OLED_WR_Byte(0x80,OLED_CMD);//--set divide ratio, Set Clock as 100 Frames/Sec
OLED_WR_Byte(0xD9,OLED_CMD);//--set pre-charge period
OLED_WR_Byte(0xF1,OLED_CMD);//Set Pre-Charge as 15 Clocks & Discharge as 1 Clock
OLED_WR_Byte(0xDA,OLED_CMD);//--set com pins hardware configuration
OLED_WR_Byte(0x12,OLED_CMD);
OLED_WR_Byte(0xDB,OLED_CMD);//--set vcomh
OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);//Set VCOM Deselect Level
OLED_WR_Byte(0x20,OLED_CMD);//-Set Page Addressing Mode (0x00/0x01/0x02)
OLED_WR_Byte(0x02,OLED_CMD);//
OLED_WR_Byte(0x8D,OLED_CMD);//--set Charge Pump enable/disable
OLED_WR_Byte(0x14,OLED_CMD);//--set(0x10) disable
OLED_WR_Byte(0xA4,OLED_CMD);// Disable Entire Display On (0xa4/0xa5)
OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);// Disable Inverse Display On (0xa6/a7)
OLED_Clear();
OLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD);
}
#elif OLED_COMMUNICATION_MODE == SPI
void OLED_WR_Byte(u8 dat,u8 cmd)
{
u8 i;
if(cmd)
OLED_DC_Set();
else
OLED_DC_Clr();
OLED_CS_Clr();
for(i=0;i<8;i++)
{
OLED_SCL_Clr();
if(dat&0x80)
OLED_SDA_Set();
else
OLED_SDA_Clr();
OLED_SCL_Set();
dat<<=1;
}
OLED_CS_Set();
OLED_DC_Set();
}
//OLED的初始化
void OLED_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); //使能A端口时钟
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//速度50MHz
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化GPIOA
GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_15);
OLED_RES_Clr();
delay_ms(200);
OLED_RES_Set();
OLED_WR_Byte(0xAE,OLED_CMD);//--turn off oled panel 关闭OLED面板
OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//--set low column address 设置低列地址
OLED_WR_Byte(0x10,OLED_CMD);//--set high column address 设置高列地址
OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);//--set start line address Set Mapping RAM Display Start Line (0x00~0x3F) 设置起始行地址 设置映射 RAM 显示起始行(0x00~0x3F)
OLED_WR_Byte(0x81,OLED_CMD);//--set contrast control register 设置对比度控制寄存器
OLED_WR_Byte(0xCF,OLED_CMD);//--Set SEG Output Current Brightness 设置 SEG 输出电流亮度
OLED_WR_Byte(0xA1,OLED_CMD);//--Set SEG/Column Mapping 0xa0左右反置 0xa1正常
OLED_WR_Byte(0xC8,OLED_CMD);//--Set COM/Row Scan Direction 0xc0上下反置 0xc8正常
OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);//--set normal display 设置正常显示
OLED_WR_Byte(0xA8,OLED_CMD);//--set multiplex ratio(1 to 64) 设置多路复用比（1 至 64）
OLED_WR_Byte(0x3f,OLED_CMD);//--1/64 duty
OLED_WR_Byte(0xD3,OLED_CMD);//--set display offset Shift Mapping RAM Counter (0x00~0x3F) 设置显示偏移移映射 RAM 计数器 （0x00~0x3F）
OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//--not offset 不偏移
OLED_WR_Byte(0xd5,OLED_CMD);//--set display clock divide ratio/oscillator frequency 设置显示时钟分频比/振荡器频率
OLED_WR_Byte(0x80,OLED_CMD);//--set divide ratio, Set Clock as 100 Frames/Sec 设置分频比，将时钟设置为 100 帧/秒
OLED_WR_Byte(0xD9,OLED_CMD);//--set pre-charge period 设置预充电周期
OLED_WR_Byte(0xF1,OLED_CMD);//--Set Pre-Charge as 15 Clocks & Discharge as 1 Clock 将预充电设置为15个时钟，将放电设置为1个时钟
OLED_WR_Byte(0xDA,OLED_CMD);//--set com pins hardware configuration 设置 COM 引脚硬件配置
OLED_WR_Byte(0x12,OLED_CMD);
OLED_WR_Byte(0xDB,OLED_CMD);//--set vcomh 设置 VCOMH
OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);//--Set VCOM Deselect Level 设置 VCOM 取消选择级别
OLED_WR_Byte(0x20,OLED_CMD);//--Set Page Addressing Mode (0x00/0x01/0x02) 设置页面寻址模式 （0x00/0x01/0x02）
OLED_WR_Byte(0x02,OLED_CMD);//
OLED_WR_Byte(0x8D,OLED_CMD);//--set Charge Pump enable/disable 设置电荷泵启用(0X14)/禁用(0X10)
OLED_WR_Byte(0x14,OLED_CMD);//--set(0x10) disable
OLED_WR_Byte(0xA4,OLED_CMD);// Disable Entire Display On (0xa4/0xa5) 禁用整个显示屏开启 （0xa4/0xa5）
OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);// Disable Inverse Display On (0xa6/a7) 禁用反向显示开启 （0xa6/a7）
OLED_Clear();
OLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD);//--turn on oled panel 开启OLED面板
}
#else
#error "OLED_COMMUNICATION_MODE" is no define, Please define OLED_COMMUNICATION_MODE to IIC or SPI!
#endif
