代码收藏家技术教程 2024-01-16

STM32 HAL库实现SPI主从双机通信教程

一、简介

最近因为项目需求，需要在一块板子内实现一个主机和五个从机的通信；
主机平台选用的是STM32F407VGT6，从机平台选用的是STM32F103C8T6；通信总线选用的是SPI总线。在构想是觉得采用SPI进行主从通信会很简单，但在实际开发的过程中，各种坑，通信时而正常时而混乱。不过在不断探究中，也逐渐发现了，各种问题所在，借此记录下来，希望能帮助一些兄弟在开发中避免一些坑。
本次实现的平台如下：
通信主机：

芯片：STM32F103RCT6

硬件平台：野火mini开发板

通信从机：

芯片：STM32F103C8T6

硬件平台：淘宝STM32F103C8T6最小系统开发板

软件：

HAL库

MDK

STM32CubeMx

二、开发过程中遇到的问题

以下是我在开发中遇到问题：

1. 相同的数据，每次发送，主从接收到都是不同的乱码
开发板之间没共地，或者供地接触不够好；更换质量较好的杜邦线，线材很影响信号质量。
2. 通信不正常，很没规律的不正常
检查主从机的SPI外设配置，接线等。
3. 数据出现移位
SPI总线的时钟质量不好，出现不该出现的高低电平，让从机认为这是一bit数据，出现移位寄存器移位，例如原本是8bit数据，现在由于干扰从机接收到的可能是9bit或者10bit数据，而从机实际接收到的数据只是最先传入的8bit数据。
要保证良好的时钟信号，同时也可以将SPI的数据采集触发改成时钟下降沿触发（好像是下降沿的信号质量要比上升沿的信号质量要更好），降低SPI通信速度。
在保证时钟的稳定的情况下，可通过复位从机的SPI外设来解决偶然发生的数据移位问题。
4.从机spi启动比主机慢
在主机发出片选信号都需要加一段延时，以确保从机的SPI外设比主机先启动。

三、硬件电路接线

NSS片选我们使用软件控制方式：

所以我们主从机的SPI通信接线就直接按照手册对接就行。
片选信号根据自己需求设置GPIO口，通过软件控制，有效电平和标准SPI协议保持一样就好，空闲高，有效低。

四、主从机SPI外设配置

4.1、主机配置

其中只有PA4、PA5、PA6、PA7是我们需要关注的，PA4是片选脚

4.2、从机配置

其中只有PA15、PB3、PB4、PB5是我们需要关注的，PA15是片选管脚。

4.3、接线

PA4 -> PA15(片选Nss)
PA5 -> PB3(SCK)
PA6 -> PB4(MISO)
PA7 -> PB5(MOSI)

五、如何清除移位寄存器

通过RCC寄存器复位SPI1外设，在从新初始化SPI1外设完成移位寄存器清除

    if(SPI1->SR != 0x02)    //当BSY为1时，表示SPI正在忙于通信，但在通信还未开始的时候BSY为1就可以表示移位寄存器存在干扰数据
    {
        //只用通过RCC复位整个SPI外设后重新初始化，才能清除spi移位寄存器中的残留数据
        __HAL_RCC_SPI1_FORCE_RESET();
        __HAL_RCC_SPI1_RELEASE_RESET();
        MX_SPI1_Init();
        printf("SPI复位,清空移位寄存器残留数据\n");
        HAL_Delay(10);
    }

六、代码

6.1、主机代码

uint8_t rx_buffer[22]={'1','2','3',0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};
uint8_t tx_buffer[22]={0x00,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0c,0x0d,0x0e,0x0f,0x10,0x11,0x12,0x13,0x14,0x15,0x16};
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_SPI1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  printf("主从测试开始\n");
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    //SPI通信
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(2);      //通过延时保证从机SPI外设比主机先启动
    HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,tx_buffer,rx_buffer,8,100);
    HAL_Delay(10);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_SET);
    printf("接收到的数据：");
    for(num = 0;num < 8;num++)
    {
        printf("%#x ",rx_buffer[num]);
    }
    memset(rx_buffer,0,8);
    printf("\n");
    HAL_Delay(5000);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}
//重映射printf函数
int fputc(int ch,FILE*stream)
{
uint8_t c =ch;
HAL_UART_Transmit(&huart1,&c,1,50);
return ch;
}

6.2、从机代码

uint8_t Tx_data[8]={0x87,0xa2,0x41,0x02,0x93,0x04,0x05,0x06};
uint8_t Rx_data[8]={0};
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_SPI1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    bsp_spi_eeror(&hspi1);  //通信错误判断
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_15) == 0)    //识别NSS线（低电平有效）
    {
    HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,Tx_data,Rx_data,8,100);
        
    while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_15) == 0){};    //等待 主机 释放 片选   

    printf("spi从机Rx_dete:");
    for(int i=0 ; i < 8;i++)
    {
        printf("%#x ",Rx_data[i]);
    }
    memset(Rx_data,0,8);
    printf("\n主机以释放nss线\n");
    }

    
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}