代码收藏家技术教程 2025-06-16

单片机SPI主从设备通信配置详解

1. SPI通信基础

(1) 主要特点

全双工通信：主机和从机可同时发送和接收数据。

同步时钟：由主机提供时钟信号（SCK），确保数据同步。

高速传输：通常可达几MHz（远高于I2C和UART）。

无标准协议：数据格式和含义由设备自行定义。

(2) 通信模式

主从架构：1个主机控制1个或多个从机。

从机选择：通过片选信号（CS/SS）选择目标从机。

2. 硬件连接（4线制）

信号线	全称	方向（主机视角）	作用
SCK	Serial Clock	主机→从机	同步时钟信号
MOSI	Master Out Slave In	主机→从机	主机发送数据到从机
MISO	Master In Slave Out	主机←从机	从机发送数据到主机
CS/SS	Chip Select/Slave Select	主机→从机	片选信号（低电平有效）

更多的通信原理我就不多介绍了：

3. 硬件资源：

AT32F403CGT7调试开发板

3.1 板卡原理图：

3.2 连接方式：

片选信号直连，用于开始数据传输使能，SPI通信时钟保持一致，从机时钟来源于主机提供，所以

SCK和SCK直连，主机输出从机输入(MOSI)和主机输入从机输出(MISO)需要交叉反接，另外最重

要的是两块板卡的通信地需要连上。

板卡1引脚	板卡2引脚	备注
PA4 — CS	PA4 — CS	从机片选需要配置为输入
PA5 — SCK	PA5 — SCK	从机SCK配置为输入
PA6 — MISO	PA7 — MOSI	主从通信需要将数据MISO和MOSI反接
PA7 — MOSI	PA6 — MISO	N/A
GND	GND	N/A

3.3 实物连接图：

3.4 配置说明：

通信方式：软件配置使用半双工的通信方式。如果配置全双工方式需要注意：SPI协议的全双工特

性要求从机在接收时必须同时发送数据，即使发送的是无用5数据（如0xFF和0x55），这一设计是

由SPI的硬件机制和同步通信本质决定的)

通信配置：主机发送，从机接收，

接收方式：从机使用中断的方式对数据进行接收(开启接收数据缓冲区满中断

(SPI_I2S_RDBF_INT))，由于配置传输字节为8bit,所以每次传输一个字节，丛姐收到一个字节就会

触发中断。

主从配置方式：使用宏定义SPI_MODE区分设备主从。

信号采样：配置空闲时钟低电平，数据从第二个边沿采样。

4. 软件配置资源

4.1 spi.c

#include "spi.h"


spi_data_info spi_data;
bool get_data = false;

static void spi_gpio_config(void)
{
  gpio_init_type gpio_initstructure;
  crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOA_PERIPH_CLOCK, TRUE);
    
  //SPI1_CS_PA4
  gpio_initstructure.gpio_out_type       = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
  if(SPI_MODE == SPI_MODE_MASTER)
  {
      gpio_initstructure.gpio_pull           = GPIO_PULL_NONE;
      gpio_initstructure.gpio_mode           = GPIO_MODE_OUTPUT;
  }
  else
  {
      gpio_initstructure.gpio_mode = GPIO_MODE_INPUT;  // 从机CS应为输入
      gpio_initstructure.gpio_pull = GPIO_PULL_UP;     // 推荐上拉防止干扰
  }
  gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
  gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_4;
  gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);
  
  //SPI1_SCK_PA5
  gpio_initstructure.gpio_out_type       = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
  gpio_initstructure.gpio_pull           = GPIO_PULL_DOWN;
  if(SPI_MODE == SPI_MODE_MASTER)
  {
      gpio_initstructure.gpio_mode           = GPIO_MODE_MUX;
  }
  else
  {
      gpio_initstructure.gpio_mode           = GPIO_MODE_INPUT;
  }
  
  gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
  gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_5;
  gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);
  //SPI1_MISO_PA6
  gpio_initstructure.gpio_out_type       = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
  gpio_initstructure.gpio_pull           = GPIO_PULL_UP;
  if(SPI_MODE == SPI_MODE_MASTER)
  {
      gpio_initstructure.gpio_mode           = GPIO_MODE_INPUT;
  }
  else
  {
      gpio_initstructure.gpio_mode           = GPIO_MODE_MUX;
  }
  gpio_initstructure.gpio_mode           = GPIO_MODE_INPUT;
  gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
  gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_6;
  gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);
  //SPI1_MOSI_PA7
  gpio_initstructure.gpio_out_type       = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
  gpio_initstructure.gpio_pull           = GPIO_PULL_UP;
  if(SPI_MODE == SPI_MODE_MASTER)
  {
      gpio_initstructure.gpio_mode           = GPIO_MODE_MUX;
  }
  else
  {
      gpio_initstructure.gpio_mode           = GPIO_MODE_INPUT;
  }
  gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
  gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_7;
  gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);

}
static void spi_config(void)
{
    spi_gpio_config();
    spi_init_type spi_init_struct;
    crm_periph_clock_enable(CRM_SPI1_PERIPH_CLOCK, TRUE);
    spi_default_para_init(&spi_init_struct);
    if(SPI_MODE == SPI_MODE_MASTER)
    {
        spi_init_struct.transmission_mode = SPI_TRANSMIT_HALF_DUPLEX_TX;
    }
    else
    {
        spi_init_struct.transmission_mode = SPI_TRANSMIT_HALF_DUPLEX_RX;
    }
    spi_init_struct.master_slave_mode = SPI_MODE;
    spi_init_struct.mclk_freq_division = SPI_MCLK_DIV_8;
    spi_init_struct.first_bit_transmission = SPI_FIRST_BIT_LSB;
    spi_init_struct.frame_bit_num = SPI_FRAME_8BIT;
    spi_init_struct.clock_polarity = SPI_CLOCK_POLARITY_LOW;
    spi_init_struct.clock_phase = SPI_CLOCK_PHASE_2EDGE;
    spi_init_struct.cs_mode_selection = SPI_CS_SOFTWARE_MODE;
    spi_init(SPI1, &spi_init_struct);
    
    nvic_irq_enable(SPI1_IRQn, 0, 0);
    if(SPI_MODE == SPI_MODE_MASTER)
    {
//        spi_i2s_interrupt_enable(SPI1, SPI_I2S_TDBE_INT, TRUE);
    }
    else
    {
        spi_i2s_interrupt_enable(SPI1, SPI_I2S_RDBF_INT, TRUE);
    }
    spi_enable(SPI1, TRUE);
}

u8 Flash_RW_Byte(u8 ucTxData)
{		
  while((SPI1->sts & SPI_I2S_TDBE_FLAG) == (uint16_t)RESET);
  SPI3->dt = ucTxData;
  while((SPI1->sts & SPI_I2S_RDBF_FLAG) == (uint16_t)RESET);
  return SPI1->dt;
}

static void spi_data_communications_test(void)
{
    uint8_t data[4] = {0x01,0x02,0x03,0x04};
    static uint8_t temp = 0;
    temp++;
    for(int i = 0;i < 4;i++)
    {
        gpio_bits_reset(GPIOA,GPIO_PINS_4);
        spi_i2s_data_transmit(SPI1,data[i] + temp);
        gpio_bits_set(GPIOA,GPIO_PINS_4);
        delay_ms(20);
    }
}

void spi_data_receive_handle(void)
{
    if(get_data)
    {
        printf("get spi data: ");
        for(int i = 0;i < spi_data.len;i++)
        {
            printf(" 0x%x",spi_data.data[i]);
        }
        printf("\r\n");
        get_data = false;
        spi_data.len = 0;
    }
}


//SPI中断回调函数
void SPI1_IRQHandler(void)
{
    if(spi_i2s_flag_get(SPI1,SPI_I2S_RDBF_FLAG))
    {
        spi_data.data[spi_data.len] = spi_i2s_data_receive(SPI1);
        spi_data.len++;
        if(spi_data.len >= 4)
        {
            get_data = true;
        }
    }
    spi_i2s_flag_clear(SPI1,SPI_I2S_RDBF_FLAG);
}

st_spi_fun spi_fun_info = 
{
    .spi_config = spi_config,
    .spi_data_communications_test = spi_data_communications_test,
    .spi_data_receive_handle = spi_data_receive_handle,
};

4.2 spi.h

#ifndef _SPI_H_
#define _SPI_H_

#include "config.h"

#define SPI_MODE    SPI_MODE_MASTER         //SPI_MODE_SLAVE     SPI_MODE_MASTER

typedef struct
{
    uint16_t len;
    uint16_t data[200];
}spi_data_info;

typedef struct
{
    void (*spi_config)(void);
    void (*spi_data_communications_test)(void);
    void (*spi_data_receive_handle)(void);
}st_spi_fun;


extern spi_data_info spi_data;
extern st_spi_fun spi_fun_info;

#endif

4.3 main.c

int main(void)
{
  system_clock_config();
  at32_board_init();
  //GPIO初始化
  GPIO_Configuration();
  led_init();
  delay_ms(2000); 
  usart1_config(115200);
  spi_fun_info.spi_config();
  while(1)
  {
      //周期翻转小灯
      led2_default_toggle();
      led3_default_toggle();
      //根据主从模式分别进行收发逻辑
      if(SPI_MODE == SPI_MODE_MASTER)
      {
          delay_ms(2000);
          //数据发送
          spi_fun_info.spi_data_communications_test();
      }
      else
      {
          //数据接收
          spi_fun_info.spi_data_receive_handle();
          delay_ms(1000);
      }
  }
}