STM32CubeMX-HAL库的SPI接口使用

本文主要介绍STM32的SPI接口、cubeMX软件配置SPI接口和分析SPI相关代码。
2 w$ t$ J) ~+ f- l' FSTM32之SPI简介：
+ D4 i0 }/ }9 B1 o* qSPI协议【Serial Peripheral Interface】
    串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线。主要用在MCU与FLASH\ADC\LCD等模块之间的通信。
  h; D. k& F/ L  Q3 j  `% CSPI信号线
$ Q0 X( V5 b5 ~3 ~  I8 b" U; W: Z! y    SPI 共包含 4 条总线。
SS（Slave Select）：片选信号线，当有多个SPI 设备与 MCU 相连时，每个设备的这个片选信号线是与 MCU 单独的引脚相连的，而其他的 SCK、MOSI、MISO 线则为多个设备并联到相同的 SPI 总线上，低电平有效。
3 b6 g1 v' t: t# g4 tSCK （Serial Clock）：时钟信号线，由主通信设备产生，不同的设备支持的时钟频率不一样，如 STM32 的 SPI 时钟频率最大为 f PCLK /2。
0 w$ w  L1 ?; t5 c4 X4 TMOSI （Master Output Slave Input）：主设备输出 / 从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入数据，即这条线上数据的方向为主机到从机。
$ U, q. X% h3 d$ g% _6 [2 Z" M) x  BMISO（Master Input Slave Output）：主设备输入 / 从设备输出引脚。主机从这条信号线读入数据，从机的数据则由这条信号线输出，即在这条线上数据的方向为从机到主机。
. v: J! a  a5 a' N    其中SCK，MOSI，MISO是接在一起的，NSS分别接到不同的IO管脚控制。主器件要和从器件通信就先拉低对应从器件的NSS管脚使能。默认状态IO1,IO2,IO3全为高电平，当主器件和从器件1通信时，拉低IO1管脚使能从器件1。而从器件2,3不使能，不作响应。下图是主器件与多个从器件通信图。
% y' I+ ^- D& B

* R7 n  N# m8 e" U

SPI特性
    单次传输可选择为 8 或 16 位。波特率预分频系数(最大为 fPCLK/2) 。时钟极性(CPOL)和相位(CPHA)可编程设置。数据顺序的传输顺序可进行编程选择，MSB 在前或 LSB 在前。
    注：MSB(Most Significant Bit)是“最高有效位”，LSB(Least Significant Bit)是“最低有效位”。
1 X/ b- d. J7 o. E    可触发中断的专用发送和接收标志。可以使用 DMA 进行数据传输操作。下图是STM32的SPI框架图。

0 w% n5 g+ M. Q* G# W6 {6 |

    如上图，MISO数据线接收到的信号经移位寄存器处理后把数据转移到接收缓冲区，然后这个数据就可以由我们的软件从接收缓冲区读出了。当要发送数据时，我们把数据写入发送缓冲区，硬件将会把它用移位寄存器处理后输出到 MOSI数据线。SCK 的时钟信号则由波特率发生器产生，我们可以通过波特率控制位（BR）来控制它输出的波特率。
! \  `2 C' Q/ ~    控制寄存器 CR1掌管着主控制电路，STM32的 SPI模块的协议设置（时钟极性、相位等）就是由它来制定的。而控制寄存器 CR2则用于设置各种中断使能。
) u* m5 ~% |/ p" i    最后为 NSS引脚，这个引脚扮演着 SPI协议中的SS片选信号线的角色，如果我们把 NSS引脚配置为硬件自动控制，SPI模块能够自动判别它能否成为 SPI的主机，或自动进入 SPI从机模式。但实际上我们用得更多的是由软件控制某些 GPIO引脚单独作为SS信号，这个 GPIO引脚可以随便选择。
SPI时钟时序
; |, n4 T/ k, P  X) b- I/ c    根据时钟极性（CPOL）及相位（CPHA）不同，SPI有四种工作模式。
    时钟极性(CPOL)定义了时钟空闲状态电平：
CPOL=0为时钟空闲时为低电平
- b1 x% Y- M& ]: n5 gCPOL=1为时钟空闲时为高电平
    时钟相位(CPHA)定义数据的采集时间。
) b9 k* p( I6 V, ]6 c) y& x7 wCPHA=0:在时钟的第一个跳变沿（上升沿或下降沿）进行数据采样。
, r7 W. P& W' f& t4 I: t+ QCPHA=1:在时钟的第二个跳变沿（上升沿或下降沿）进行数据采样。

/ \3 P9 P1 F% g; s  \! E

CubeMX软件配置SPI:
    下面继续介绍cubeMX软件配置STM32L152的SPI接口方法。
（1）打开软件，选择对应芯片后，配置好时钟源；
（2）勾选SPI1为全双工，硬件NSS关闭，如下图：
! I" [$ ^( Y/ Q% T6 y
（3）勾选好后，PA5、PA6、PA7如下图，在配置PA4为普通io口，gpio_output

" X6 u: E( R0 k& I+ V（4）SPI1的参数配置选择默认，如下图所示
0 n: {2 E0 b1 G# r
$ h% h: ^- Z2 A. y1 I/ }- ?' {（5）生成代码，保存即可。
    HAL库的SPI函数分析：
! o! {8 y9 f0 A; `4 Z) O    下面具体分析下生成的SPI函数和函数调用。

SPI_HandleTypeDef hspi1; //SPI结构体类定义，下面看其结构体内部的声明。

( M+ E4 h& h  x. x% q8 s9 J

% r, s8 N2 C3 v; M. i  G下面分析SPI的初始化函数：

1. 
   
2. void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* hspi)
   / `9 d$ n( s6 W/ U  ^: v
3. {
   7 h$ I" Y: x5 ]8 _) e
4. GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
   
5. if(hspi->Instance==SPI1)
   , @" N% H- F; V7 L9 ~9 Y# _
6. {
   
7. /* USER CODE BEGIN SPI1_MspInit 0 */
   ( c. s8 |# v" _, P% @  B/ v# ]
8. /* USER CODE END SPI1_MspInit 0 */
   3 D+ b$ x: _5 K! a( [" h5 q- X
9. /* Peripheral clock enable */
     k- @' S- n' Z8 c' U4 E3 f* k
10. __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();//使能SPI1时钟
    
11. /**SPI1 GPIO Configuration
    
12. PA5     ------> SPI1_SCK
    
13. PA6     ------> SPI1_MISO
    
14. PA7     ------> SPI1_MOSI
    
15. */
    
16. GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;
    
17. GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    - A3 l9 C. q- I4 U  F( Y8 k; L
18. GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    ' H2 Y$ w7 h. p/ x+ n) |
19. GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    
20. GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI1;
    
21. HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);//配置SPI的数据线和时钟线
    
22. /* USER CODE BEGIN SPI1_MspInit 1 */
    
23. /* USER CODE END SPI1_MspInit 1 */
    : j% V$ x" H  B, @7 L7 G5 v
24. }
    0 x& L4 h+ _0 g2 e# G7 T6 m/ G
25. 
    
26. static void MX_SPI1_Init(void)
    
27. {
    
28. hspi1.Instance = SPI1;
    4 Y2 C9 v' C8 P; f' R" w/ y
29. hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;//主模式
    ( T1 S+ h: E/ s* P
30. hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;//全双工
    
31. hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;//数据位为8位
    
32. hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;//CPOL=0,low
    6 b8 B) g8 Q* Q  e
33. hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;//CPHA为数据线的第一个变化沿
    ( `( q* z0 _. }' {
34. hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;//软件控制NSS
    
35. hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_2;//2分频，32M/2=16MHz
      @5 H: ~7 ]" C0 j. z2 e
36. hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;//最高位先发送
    
37. hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;//TIMODE模式关闭
    7 v7 q) p# v5 ]2 `$ p* u. c
38. hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//CRC关闭
    ( I' [: u# Y" _  Q" D  x. I
39. hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;//默认值，无效
    1 `% l3 \- K7 E
40. if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)//初始化
    " C6 I% {  g2 D6 A. D# z
41. {
    
42. _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
    . r7 X  h$ n% `8 c8 T: ~: N/ v
43. }
    
44. }

复制代码

8 S. W5 q  ~% O9 [6 K+ m
利用SPI接口发送和接收数据主要调用以下两个函数：

1. 
   
2. HAL_StatusTypeDef  HAL_SPI_Transmit(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);//发送数据
   9 y9 \. ^7 j- O" ]7 O
3. HAL_StatusTypeDef  HAL_SPI_Receive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);//接收数据

复制代码

8 M2 o9 _" |/ ~


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  a* U0 e( b) e0 h" j5 d$ c