【STM32C0评测】6、SPI回环测试

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qintian0303 发布时间：2025-5-4 00:00

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文章简介:	【STM32C0评测】6、SPI回环测试

   这一次我们探索另一种常见的串行通讯方式——SPI（串行外设接口）。SPI 作为一种高速、全双工、同步的通信总线，在众多嵌入式系统和电子设备中都有着广泛的应用。而为了对 SPI 接口的功能进行全面且有效的测试，我们本次将采用一种独特且实用的测试方法——Loopback（回环）测试。    在 SPI 通信架构中，主要涉及到四个关键的信号引脚：SCK（串行时钟）、MOSI（主设备输出/从设备输入）、MISO（主设备输入/从设备输出）以及 CS（从设备选择）。主设备通过 SCK 引脚提供时钟信号，控制数据的传输节奏；MOSI 引脚用于主设备向从设备发送数据；MISO 引脚则负责从设备向主设备回传数据；CS 引脚用于主设备选择与之通信的从设备。
   而 Loopback 测试方法，其核心精髓在于构建一个自环通路，让 SPI 通信在不依赖外部从设备的情况下，也能快速验证 SPI 接口的基本功能是否正常运作。具体实现方式是将 SPI 主设备的 MOSI 引脚与 MISO 引脚进行短接。这样一来，主设备发送出去的数据，无需经过外部设备的中转，直接通过短接的线路被自身接收，从而形成一个完整的闭环验证系统。这种方式有这一些显著优势：
高效排除硬件连接问题
   在实际的复杂电子系统中，硬件连接问题往往是导致通信故障的常见因素之一。外部设备可能由于接触不良、线路受到电磁干扰、引脚虚焊等多种原因，使得 SPI 通信无法正常进行。而通过 Loopback 测试，我们可以将问题范围迅速缩小到 SPI 控制器本身。因为在这种测试模式下，数据传输完全在主设备内部完成，无需考虑外部设备的连接状态。如果测试能够顺利通过，就说明 SPI 控制器的硬件部分基本工作正常，从而排除了因硬件连接问题导致的通信失败的可能性，为后续的故障排查提供了明确的方向。
全面验证协议配置
   SPI 通信协议具有多种可配置的参数，这些参数的正确设置对于通信的成功至关重要。例如，时钟极性（CPOL）决定了串行时钟信号在空闲状态时的电平高低；时钟相位（CPHA）则规定了数据采样和变化的时刻与时钟信号边沿的关系；数据位宽可以是 8 位、16 位甚至更宽，影响着每次传输的数据量；传输方向也有全双工和半双工之分，决定了数据是否可以同时进行双向传输。Loopback 测试为验证这些关键参数配置是否正确提供了一个绝佳的平台。在测试过程中，我们可以按照预定的协议配置发送特定格式的数据，然后检查主设备接收到的数据是否与发送的数据一致。如果数据能够准确无误地被接收，就说明当前的协议配置是正确的；反之，如果出现数据错误或通信异常，我们就可以根据测试结果有针对性地调整协议参数，直到找到正确的配置组合。
显著简化调试流程
   在开发初期，准备外部从设备往往需要花费大量的时间和精力。不仅要确保从设备的硬件连接正确无误，还需要对从设备进行相应的编程和配置，以使其能够与主设备进行正常的通信。而 Loopback 测试则完全摒弃了这一繁琐的过程，无需准备外部从设备，大大节省了测试准备时间。开发人员可以在开发环境搭建完成后，立即进行 SPI 接口的基本功能测试，快速验证硬件基础功能是否正常。这使得开发人员能够更加专注于 SPI 控制器本身的功能实现和优化，提高了开发效率，缩短了产品的开发周期。
   要实现Loopback测试最主要的硬件部分就是引脚短接，本开发板上连接了很多的外设器件，那么我们想要短接只能找一下能用的外接接口：

最有效的就是使用arduino接口，CN5对应的就有SPI对应的是D11和D12，注意这个不是MCU的引脚，对应的引脚是PA6和PA7
进一步查看STM32CubeMX可以看到，这里我们选择SPI1：

实物连接如下：

接下来我们进行SPI的配置，

接下来编写一下SPI测试程序：

void SPI_Loopback_Test(void) $ q% X+ j' Y/ ^+ w' _
{
5 ^7 ~5 I; q7 C
uint8_t tx_buffer[16] = {0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,
+ g% W" Z* O. h( U5 B h0 e- R% H
0x09,0x0A,0x0B,0x0C,0x0D,0x0E,0x0F,0x10};- C0 e7 h" Y' d/ W6 l
uint8_t rx_buffer[16] = {0};8 x/ d' l: T+ z$ \, f$ X9 k: T" R
& k' M. ~9 _/ F: i6 e: r
// 发送并接收数据
3 s. e3 k8 s& L( G4 h
HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi3, tx_buffer, rx_buffer, 16, 100);
' o7 Y6 ? R ^# N( h1 Q* y; H) a
- O1 V" t' ^1 v% h% z4 z; |* @# z
// 验证数据一致性; ?' U, x, X g% ?9 J# g
if(memcmp(tx_buffer, rx_buffer, 16) == 0) {: A2 ~$ S) M8 ?1 b+ Z
// 数据匹配，测试通过
# E0 P+ J2 E' U) ?8 e7 D |
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&rx_buffer, 16, 0xFFFF);
3 t, u) f. p7 b, k+ F( [
}: N" ~: S: Q ~/ a
}

复制代码

效果如下：

可以看到数据收到后通过串口发送了出来，和传输的数据是一样的（后16个），其实SPI还有很多用处，很多外设模块使用的都是SPI接口，有时候只发送（比如一些TFT的控制），更多的是传感器，不过需要注意很多从机的传感器是需要主机提供时钟的，也就是说在读取的时候也需要主机给时钟驱动，还有一点就是SPI的频率不能太高，本次我使用2分频（SPI频率24MHz）就SPI通信失败了，没有收到数据，将分频提高到32（1.5MHz）就通信成功了。