SPI简单的使用
- 1、什么是SPI
- 2、数据通信
- 2.1：5个重要参数
- 2.2：4种传输模式
- 3、程序模拟SPI通信时序
- 3、片上外设SPI通信时序
1、什么是SPI
SPI是一种同步的，全双工，支持总线挂载多设备的通信协议。它特别适用于高效，快速的传输。
如上图所示：单片机作为主机，其他模块作为从机。通过SPI总线进行数据通信，而SPI总线如上图结构。SPI由4条线组成：MOSI，MISO，SCK，NSS。
MOSI：主机输出从机输入（主机发送从机接收，发送数据时高位先行），在进行数据传输时，主机的MOSI和所有从机的MOSI连接在一起。
MISO：主机输入从机输出（主机接收从机发送），在进行数据传输时，主机的MISO和所有从机的MISO连接在一起。
SCK：串行时钟线，每个时钟周期发送/接收一个位数据。
NSS：从机选择线，主机和所有从机的NSS连接在一起，低电平有效，主机需要和那一个从机通信就向那个从机的NSS发送低电平即可。
接线如下图所示：
2、数据通信
假如主机需要向从机1发送0110 0100的一个字节的数据：
①则主机的NSS1引脚输出一个低电平，其他的NSS引脚输出为高电平。
②主机向数据发送移位寄存器里面写入数据0110 0100。
③然后在SCK的作用下，每来一个脉冲，寄存器的最高位就发送到从机的接收寄存器最高位里面，依次发送8次，那么一个字节就发生完成。
④而主机发送数据时，也会接收到从机发送来的数据，这是一个双向的过程。至于接收到的是数据的是什么内容，我们只管主机发送数据即可。而主机需要读取从机的数据时，则需要向从机发送数据，至于发送的数据是是什么内容，我们只管主机读取数据即可 。
⑤数据发送完成后，主机的NSS1发送一个高电平，用于结束。
2.1：5个重要参数
①波特率：即SCK时钟的快慢，每一个时钟周期传输一个比特位，波特率越大，传输速率越快。而选择多大的波特率取决于从机允许最大值/设备所承受的极限/电路所承受的极限。
②比特位传输顺序：可以设置一个字节的高位先行，也可以设置为低位先行。例如需要传输数据0110 0100，我们让高位先行，则写入数据寄存器为：0110 0100。我们让低位先行，则写入数据寄存器为：0010 0110。
③数据为的长度：8bit/16bit，一般情况下我们就选择8bit进行传输。
④时钟的极性与边沿：
时钟极性为低电压：时钟空闲时为低电平，进行数据传输时才产生脉冲。
时钟极性为高电压：时钟空闲时为高电平，进行数据传输时才产生脉冲。
时钟的边沿：
⑤时钟相位：数据的传输分为了2个阶段，分别为发送阶段和采集阶段，发送阶段时发送设备向传输线上发送比特位，采集阶段时接收设备采集传输线上的比特位。而时钟的相位分为第1边沿采集和第2边沿采集。
2.2：4种传输模式
由上图所示：若为第1边沿进行采集，那么采集的第1个比特位在NSS发送低电平的一瞬间，MOSI引脚就会把比特位瞬间传输到传输线上。
3、程序模拟SPI通信时序
①MySPI.c文件的代码如下：
/*使用代码程序模拟SPI模式0的传输方式*/
#include "stm32f10x.h"
/*
* PA4引脚选择从机
*/
void MySPI_NSS(uint8_t BitValue)
{
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);
}
/*
* PA5引脚模拟时钟信号
*/
void MySPI_SCK(uint8_t BitValue)
{
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue);
}
/*
* PA7引脚主机发送从机接收
*/
void MySPI_Write(uint8_t BitValue)
{
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue);
}
/*
* PA6引脚主机接收从机发送
*/
uint8_t MySPI_Receive(void)
{
return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6);
}
/*
* 对引脚的初始化，PA4为从机选择引脚，PA5时钟信号引脚，PA6为数据接收引脚
* PA7为数据发送引脚。所以PA4，PA5,PA7配置为通用推挽输出，PA6配置为上拉输入
*/
void MySPI_Init(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //开启GPIOA的时钟
/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//通用推挽输出
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);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/*设置时钟极性为低电压*/
MySPI_NSS(1); //NSS高电平，还没有选择从机
MySPI_SCK(0); //SCK极性为低电平
}
/*
* 起始信号
*/
void MySPI_Start(void)
{
MySPI_NSS(0); //拉低NSS，开始时序
}
/*
* 停止信号
*/
void MySPI_Stop(void)
{
MySPI_NSS(1); //拉高SS，终止时序
}
/*
* 发送数据和读取数据函数
*/
uint8_t MySPI_SengRec_Byte(uint8_t SendByte)
{
uint8_t i, Byte = 0x00;//定义接收的数据，并赋初值0x00，
for (i = 0; i < 8; i ++)//循环8次，依次交换每一位数据
{
MySPI_Write(ByteSend & (0x80 >> i));//给传输线上写入数据
MySPI_SCK(1);//拉高SCK，上升沿从机读取数据
if (MySPI_Receive() == 1)//读取MISO数据，并存储到Byte变量
{
Byte |= (0x80 >> i);
}
MySPI_SCK(0);//拉低SCK，为下一位数据放入传输线做准备
}
return Byte;//返回接收到的一个字节数据
}
②主函数程序代码如下：
#include "stm32f10x.h"
#include "MyI2C.h"
int main(void)
{
uint8_t Data;
MySPI_Init();//SPI的初始化
MySPI_Start();
Data = MySPI_SengRec_Byte(0xAA);//向从机方式数据0xAA,并接收从机发来的数据保存在Data变量中
MySPI_Stop();
while(1)
{
}
}
3、片上外设SPI通信时序
如上图所示：stm32f10c8t6只有2个SPI外设，其中SPI1的外设引脚为PA4~PA7。
相关标准库编程接口如下：
①MySPI.c文件的代码如下：
#include "stm32f10x.h" // Device header
/*
* PA4引脚选择从机
*/
void MySPI_NSS(uint8_t BitValue)
{
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);//设置NSS引脚的电平
}
/*
* 对引脚的初始化，PA4为从机选择引脚，PA5时钟信号引脚，PA6为数据接收引脚
* PA7为数据发送引脚。所以PA4配置为通用推挽输出，PA5,PA7配置为复用推挽输出，PA6配置为上拉输入
*/
void MySPI_Init(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //开启GPIOA的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE); //开启SPI1的时钟
/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //将PA4引脚初始化为推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7; //将PA5和PA7引脚初始化为复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //将PA6引脚初始化为上拉输入
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; //定义结构体变量
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //主机/从机模式，选择为SPI主模式
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //方向，选择2线全双工
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //数据宽度，选择为8位
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //先行位，选择高位先行
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_128; //波特率分频，选择128分频
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; //SPI极性，选择空闲为低极性
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; //SPI相位，选择第一个边沿采样，极性和相位决定选择SPI模式0
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS，选择由软件控制
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC多项式，暂时用不到，给默认值7
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure); //将结构体变量交给SPI_Init，配置SPI1
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI1，开始运行
MySPI_NSS(1); //SS默认高电平
}
/*
* 起始信号
*/
void MySPI_Start(void)
{
MySPI_NSS(0); //拉低NSS，开始时序
}
/*
* 停止信号
*/
void MySPI_Stop(void)
{
MySPI_NSS(1); //拉高SS，终止时序
}
/*
* 发送数据和读取数据函数
*/
uint8_t MySPI_SengRec_Byte(uint8_t SendByte)
{
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET); //等待发送数据寄存器空,写入数据自动清除
SPI_I2S_SendData(SPI1, SendByte); //写入数据到发送数据寄存器，开始产生时序
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) != SET); //等待接收数据寄存器非空，读取数据自动清除
return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); //读取接收到的数据并返回
}
②主函数程序代码如下：
#include "stm32f10x.h"
#include "MyI2C.h"
int main(void)
{
uint8_t Data;
MySPI_Init();//SPI的初始化
MySPI_Start();
Data = MySPI_SengRec_Byte(0xAA);//向从机方式数据0xAA,并接收从机发来的数据保存在Data变量中
MySPI_Stop();
while(1)
{
}
}
