介绍
2 u( O/ l  N% O5 o3 ]& ^SPI 简介
SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，它被广泛地使用在 ADC、LCD 等设备与 MCU 间，要求通讯速率较高的场合。并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，越来越多的芯片集成了这种通信协议。
SPI接口是全双工三线同步串行外围接口，采用主从模式架构；支持多slave模式应用，一般仅支持单Master.时钟由Master控制，在时钟移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后；SPI接口有两根单向数据线，为全双工通信，目前数据速率可达几Mbps的水平，速率较高。
% i9 H8 d/ Y, U3 W
% d$ M% C% x0 USPI特点
7 l9 v  U1 _6 r1.可以同时发出和接收串行数据；2.可以当作主机或从机工作；
3.提供频率可编程时钟；
* S  o# q. M& d* ]6 B4 R% {2 \4 b4.发送结束中断标志；
! {/ t7 W# q; l4 d6 i5.写冲突保护；
7 ]$ e8 m9 J( H' [8 ~: V6.总线竞争保护；
7.传输速度快
' K4 d5 C$ r2 H' K, S, r1 `. t
SPI 物理层
SPI总线是一种4线总线，因其硬件功能很强，所以与SPI有关的软件就相当简单，使中央处理器有更多的时间处理其他事务。
1.MOSI：主器件输出，从器件数据输入；这条线上数据的方向为主机到从机。
2.MISO主器件数据输入，从器件数据输出，即在这条线上数据的方向为从机到主机。
/ T+ G' j" |, d8 N0 X4 i1 N3.SCLK：时钟信号，用于通讯数据同步。它由通讯主机产生，决定了通讯的速率，不同的设备支持的最高时钟频率不一样，如 STM32 的 SPI 时钟频率最大为fpclk/2，两个设备之间通讯时，通讯速率受限于低速设备。
4./SS：从器件使能信号，由主器件控制（片选）。而 SPI 协议中没有设备地址，它使用 NSS 信号线来寻址，当主机要选择从设备时，把该从设备的 NSS 信号线设置为低电平，该从
; x+ u% Y2 d9 {  V设备即被选中，即片选有效，接着主机开始与被选中的从设备进行 SPI 通讯。所以SPI 通讯以 NSS 线置低电平为开始信号，以 NSS 线被拉高作为结束信号。

- C; A; P/ O/ u* ~5 }SPI 协议层
4 O# W/ d4 S# s) N2 L( @$ _SPI 协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、时钟同步等环节。NSS 信号线由高变低，是 SPI 通讯的起始信号。NSS 是每个从机各自独占的信号线，当从机在自己的 NSS 线检测到起始信号后，就知道自己被主机选中了，开始准备与主机通讯。NSS 信号由低变高，是 SPI 通讯的停止信号，表示本次通讯结束，从机的选中状态被取消。SPI 使用 MOSI 及 MISO 信号线来传输数据，使用 SCK 信号线进行数据同步。MOSI及 MISO 数据线在 SCK 的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出是同时进行的。数据传输时，MSB 先行或 LSB 先行并没有作硬性规定，但要保证两个 SPI 通讯设备之间使用同样的协定。MOSI 及 MISO 的数据在 SCK 的上升沿期间变化输出，
在 SCK 的下降沿时被采样。即在 SCK 的下降沿时刻，MOSI 及 MISO 的数据有效，高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。在其它时刻，数据无效，MOSI 及 MISO为下一次表示数据做准备。SPI 每次数据传输可以 8 位或 16 位为单位，每次传输的单位数不受限制。

$ a# A3 V% @; r; mSTM32 的 SPI 特性及架构
STM32F1 的 SPI 功能很强大，SPI 时钟最高可以到 18Mhz，支持 DMA，可以配置为 SPI协议或者 I2S 协议。
' S; u# Y! {. f8 K3 u, J2 _" {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。
' v/ ^8 o$ h, a: m2 K我们要用 SPI2，第一步就要使能 SPI2 的时钟，SPI2 的时钟通过 APB1ENR 的第 14 位来设置。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功能 IO。
使能 SPI2 时钟的方法为：

1. __HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE(); //使能 SPI2 时钟

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复用 PB13,14,15 为 SPI2 引脚通过 HAL_GPIO_Init 函数实现，代码如下：

1. GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15;
   
2. GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP; //复用推挽输出
   ' C) v6 o& @( Y1 F6 M; a9 J
3. GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉
   
4. GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; //快速
   + Z" k: L1 ]2 O6 {6 l
5. HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure);

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$ y0 y7 S* c5 T2.设置 SPI2 工作模式
这一步全部是通过 SPI2_CR1 来设置，我们设置 SPI2 为主机模式，设置数据格式为 8 位，然后通过 CPOL 和 CPHA 位来设置 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）。在 HAL 库中初始化 SPI 的函数为：
: @& L# B5 U; X- r5 P9 r* Q

1. HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Init(SPI_HandleTypeDef *hspi);

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( W( Z5 E6 j: rSPI 初始化实例代码如下：
* K5 w! B7 O& {0 s! O8 v
& ]8 O+ h& Y) d, \

1. SPI1_Handler.Instance= SPI2; // SPI2
   
2. SPI1_Handler.Init.Mode=SPI_MODE_MASTER; //设置 SPI 工作模式，设置为主模式
   ' U2 {; d# I  e! N  m& n
3. SPI1_Handler.Init.Direction=SPI_DIRECTION_2LINES;
   ' d% ^  V' F/ C0 J9 j
4. //设置 SPI 单向或者双向的数据模式:SPI 设置为双线模式
   - a- C, |( s; l
5. SPI1_Handler.Init.DataSize=SPI_DATASIZE_8BIT;
   
6. //设置 SPI 的数据大小:SPI 发送接收 8 位帧结构
   
7. SPI1_Handler.Init.CLKPolarity=SPI_POLARITY_HIGH;
   
8. //串行同步时钟的空闲状态为高电平
   % M7 d9 d* R3 K. C3 n
9. SPI1_Handler.Init.CLKPhase=SPI_PHASE_2EDGE;
   
10. //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
    
11. SPI1_Handler.Init.NSS=SPI_NSS_SOFT; //NSS 信号由硬件（NSS 管脚）还是软件
    
12. //（使用 SSI 位）管理:内部 NSS 信号有 SSI 位控制
    : x/ }; d, Q3 Y: W4 V  [% n3 K
13. SPI1_Handler.Init.BaudRatePrescaler=SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;
    . R/ m5 b3 c8 w3 s
14. //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为 256
    
15. SPI1_Handler.Init.FirstBit=SPI_FIRSTBIT_MSB;
    / W% G, d; B7 z. p  B% b; r
16. //指定数据传输从 MSB 位还是 LSB 位开始:数据传输从 MSB 位开始
    ) O: T6 V( p! T9 k( M
17. SPI1_Handler.Init.TIMode=SPI_TIMODE_DISABLE; //关闭 TI 模式
    5 c% [& t/ q. A- e
18. SPI1_Handler.Init.CRCCalculation=SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
    $ D7 r+ t" k+ t& y& O
19. //关闭硬件 CRC 校验
    5 e2 o6 A$ x8 w0 i* t3 C- z, `; x5 Q
20. SPI1_Handler.Init.CRCPolynomial=7; //CRC 值计算的多项式
    
21. HAL_SPI_Init(&SPI2_Handler);//初始化

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同样，HAL 库也提供了 SPI 初始化 MSP 回调函数 HAL_SPI_MspInit，定义如下：
: B5 D) p+ s  K8 G7 p

1. void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi);

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7 ]% f& i. z0 L" x! |' ^3.使能 SPI2

1. __HAL_SPI_ENABLE(&SPI2_Handler); //使能 SPI2

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0 T6 w' i# H. U4 {  W4.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，HAL 库提供的发送数据函数原型为：

2 I$ Q8 e& K. u; T7 v$ t

1. HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Transmit(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData,
   , ?8 C+ [8 Z$ U' ?; N
2. uint16_t Size, uint32_t Timeout);

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  b1 e7 o. V5 h7 ^! t. z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。
HAL 库提供的接受数据函数原型为：

! W; P8 ?7 y) ]1 Q

1. HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Receive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData,
   ; R- W. ^  |8 {% m* n7 c4 q
2. uint16_t Size, uint32_t Timeout);

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这个函数也不难理解，从 SPIx 数据寄存器读出接受到的数据。
前面我们讲解了 SPI 通信的原理，因为 SPI 是全双工，发送一个字节的同时接受一个字节，发送和接收同时完成，所以 HAL 也提供了一个发送接收统一函数：

1. HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_TransmitReceive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData,
   
2. uint8_t *pRxData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

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该函数发送一个字节的同时负责接收一个字节。

! x5 J% `( v/ z$ r4 Z设计实现
1.SPI1的初始化
以下是SPI模块的初始化代码，配置成主机模式。

, |! r: I/ b  q

1. void SPI2_Init(void)
   # N' t0 g$ X5 j
2. {
   # }& M1 t9 r. n, _/ v& {
3.     SPI2_Handler.Instance=SPI2;                         //SPI2
   . j2 l2 Z1 n  z0 x
4.     SPI2_Handler.Init.Mode=SPI_MODE_MASTER;             //设置SPI工作模式，设置为主模式
   ! [! _; a' S) V5 Z* u, G" x
5.     SPI2_Handler.Init.Direction=SPI_DIRECTION_2LINES;   //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线模式
   : W9 C- i6 h; U, Q# y8 Z! C4 W# R
6.     SPI2_Handler.Init.DataSize=SPI_DATASIZE_8BIT;       //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
   8 H: J: I. S: |( k+ x! x( o/ r
7.     SPI2_Handler.Init.CLKPolarity=SPI_POLARITY_HIGH;    //串行同步时钟的空闲状态为高电平
   ( m0 s  ~! G! g, J4 `
8.     SPI2_Handler.Init.CLKPhase=SPI_PHASE_2EDGE;         //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
   , m5 _6 B& R5 u- e* d& ]
9.     SPI2_Handler.Init.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
   
10.     SPI2_Handler.Init.BaudRatePrescaler=SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;//定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
    1 ^6 e% d' \) d5 a
11.     SPI2_Handler.Init.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
    " D4 i& E8 }! U/ N7 ^$ w& \
12.     SPI2_Handler.Init.TIMode=SPI_TIMODE_DISABLE;        //关闭TI模式
    ! O; @3 ^% d  Y
13.     SPI2_Handler.Init.CRCCalculation=SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//关闭硬件CRC校验
    & M/ z: S0 K; R) c7 E
14.     SPI2_Handler.Init.CRCPolynomial=7;                  //CRC值计算的多项式
    
15.     HAL_SPI_Init(&SPI2_Handler);//初始化
    
16. 
    0 d& k" i  [* t2 p
17.     __HAL_SPI_ENABLE(&SPI2_Handler);                    //使能SPI2
    " M! z) y2 N' `5 T6 T7 r
18. 
    ; |( B8 Z1 H1 I  \+ e" C4 X; _
19.     SPI2_ReadWriteByte(0Xff);                           //启动传输
    5 ]; l# Z. @! n9 g& u9 X
20. }

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0 f/ F: V  ^# B+ R: ]; ?底层驱动，时钟使能，引脚配置

1. void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)
   . o* r9 H# _- [
2. {
   
3.     GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
   # P7 i. k5 y9 L3 D6 R) D, w% `
4. 
   5 U: {9 W" E1 q9 y* b' k" _
5.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();       //使能GPIOB时钟
   
6.     __HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE();        //使能SPI2时钟
   
7. 
   3 u; Q3 {* S  l6 s" o6 U% J
8.     //PB13,14,15
   - p7 [6 k: b4 `* D5 v
9.     GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15;
   4 r2 \8 T% {  F( f
10.     GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;              //复用推挽输出
    
11.     GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;                  //上拉
    
12.     GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;        //快速            
    
13.     HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure);
    
14. }

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/ v3 e& ~, l+ u# V& ^+ ^3.SPI速度设置函数
8 p3 v4 \! _& Z

1. void SPI2_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
   
2. {
   & }& S* R- \. q* ]) C4 z
3.     assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));//判断有效性
     q$ C) }, ?& x1 g- `
4.     __HAL_SPI_DISABLE(&SPI2_Handler);            //关闭SPI
   3 V- C' Z& W& s( `: j' j9 L. R
5.     SPI2_Handler.Instance->CR1&=0XFFC7;          //位3-5清零，用来设置波特率
   
6.     SPI2_Handler.Instance->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler;//设置SPI速度
   
7.     __HAL_SPI_ENABLE(&SPI2_Handler);             //使能SPI
   ) p3 m: ]0 u! X, t
8. 
   
9. }

复制代码

8 B$ }) R, D+ W$ U" @4.读写一个字节
: X: `( d& R# n. v9 G: ?/ j

1. //TxData:要写入的字节
   8 U/ ~7 t2 `/ b
2. //返回值:读取到的字节
   ! w5 R. b  @/ Z/ q% v$ G: m. R4 R4 Q
3. u8 SPI2_ReadWriteByte(u8 TxData)
   9 d$ k8 j% ]/ X/ p6 V, ]% x
4. {
   
5.     u8 Rxdata;
   
6.     HAL_SPI_TransmitReceive(&SPI2_Handler,&TxData,&Rxdata,1, 1000);      
   
7.    return Rxdata;                  //返回收到的数据   
   
8. }

复制代码

转载自： 跋扈洋
0 |% e5 y7 E. U5 [2 x4 a