代码收藏家技术教程 2023-02-17

STM32 SPI接口：原理与配置

一、SPI接口简介

SPI是英语Serial Peripheral Interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口，是Motoroal首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。

SPI是一种高速的、全双工，同步的通信总线，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的布局上节省了空间，提供方便，主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器还有数字信号处理器和数字信号解码器之间

SPI接口框图

SPI内部结构简明图

SPI接口一般使用4条线通信：

MISO主设备数据输入，从设备数据输出；MOSI主设备数据输出，从设备数据输入；

SCLK时钟信号，由主设备产生。CS从设备片选信号，由主设备控制。

SPI工作原理总结：

1、硬件上为4根线。

2、主机和从机都有一个串移位寄存器，主机通过向它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。

3、串行移位寄存器通过MOSI信号线将字节传送给从机，从机也将自己的串行移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机。这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。

4、外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只忽略接收到的字节；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。

二、SPI特征

1、3线全双工同步传输。

2、8位或16位传输帧格式选择。

3、主或从操作。

4、支持多主模式。

5、8个主模式波特率预分频系数（最大为Fpclk/2）

6、从模式频率（最大为Fpclk/2）

7、主模式和从模式的快速通信。

8、主模式和从模式下均可由软件或硬件进行NSS管理：主/从操作模式的动态改变。

9、可编程的时钟极性和相位。

10、可编程的数据顺序，MSB在前或LSB在前。

11、可触发中断的专用发送和接收标志。

12、SPI总线忙状态标志。

13、支持可通信的硬件CRC：——在发送模式下，CRC值可以被作为最后一个字节发送。

——在全双工模式中对接收到的最后一个字节自动进行CRC校验。

14、可触发中断的主模式故障、过载以及CRC错误标志。

15、支持DMA功能的1字节发送和接收缓冲器：产生发送和接收请求。

（STM32 SPI接口可配置为支持SPI协议或者支持I2C音频协议，默认是SPI模式。可以通过软件切换到I2C方式）

从器件选择（NSS）引脚管理

时钟信号的相位和极性

CPHA=1（采集数据的时间）

CPHA=0（采集数据的时间）

数据帧格式

根据SPI_CR1寄存器中的LSBFISRST位，输出数据位时可以MSB在先也可以LSB在先。

根据SPI_CR1寄存器的DFF位，每个数据帧可以是8位或是16位，所选择的数据帧格式对发送和/或接收都有效

状态标志：应用程序通过3个状态标志位可以完全监控SPI总线的状态。

发送缓冲器空闲标志（TXE）：此标志为‘1’表明发送缓冲器为空，可以写下一个待发送的数据进入缓冲器中。当写入SPI_DR时，TXE标志被清除。

接收缓冲器非空（RXNE）：此标志为‘1’时表明在接收缓冲器中包含有效的接收数据。读SPI数据寄存器可以清除该标志位。

忙（Busy）标志：BSY标志由硬件设置与清除（写入此位无效果），此标志表明SPI通信层的状态。

SPI中断：

SPI引脚配置（3个SPI）

三、SPI常用寄存器和相关库函数

SPI常用寄存器

SPI控制寄存器1（SPI_CR1）

SPI控制寄存器2（SPI_CR2）

SPI状态寄存器（SPI_SR）

SPI数据寄存器（SPI_DR）

SPI_I2S配置寄存器（SPI_I2C_CFGR）

SPI_I2S预分频寄存器（SPI_I2CSPR）

SPI相关库函数

void SPI_I2C_DeInit(SPI_TypeDef* SPIx);
void SPI_Init(SPI_TypeDef* SPIx,SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct);//SPI初始化函数
void SPI_Cmd(SPI_TypeDef* SPIx,FunctionalState NewState);//SPI使能函数
void SPI_I2S_ITConfig(SPI_TypeDef* SPIx,uint8_t SPI_I2S_IT,FunctionalState NewState);//中断配置函数
void SPI_I2S_DMACmd(SPI_TypeDef* SPIx,uint16_t SPI_I2S_DMAReq,FunctionalState NewState);//DMA函数
void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx,uint16_t Data);//SPI发送数据函数
uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx);//SPI接收数据函数
void SPI_DataSizeConfig(SPI_TypeDef* SPIx,uint16_t SPI_DataSize);//确定数据是8位还是16位

FlagStatus SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI_TypeDef* SPIx,uint16_t SPI_I2S_FLAG);
void SPI_I2S_ClearFlag(SPI_TypeDef* SPIx,uint16_t SPI_I2S_FLAG);
ITStatus SPI_I2S_GetITStatus(SPI_TypeDef* SPIx,uint8_t SPI_I2S_IT);
void SPI_I2S_ClearITPendingBit(SPI_TypeDef* SPIx,uint8_t SPI_I2S_IT);

SPI初始化函数

SPI_Init()

typedef struct

{

uint16_t SPI_Direction;方向：支持两线双通或者一线之类的

uint16_t SPI_Mode;模式

uint16_t SPI_DataSize;确定位数：8位或16位

uint16_t SPI_CPOL;

uint16_t SPI_CPHA;

uint16_t SPI_NSS;确定是硬件还是软件

uint16_t SPI_BaudRatePrescaler;波特率预分频系数

uint16_t SPI_FirstBit;第一位：LSB在前还是MSB在前

uint16_t SPI_CrCPolynomial;CRC的校验

}SPI_InitTypeDef;

程序配置过程：

1、使能SPIx和IO口时钟

RCC_AHBxPeriphClockCmd()/RCC_APBxPeriphClockCmd();

2、初始化IO口为复用功能

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx,GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);

3、设置引脚复用映射

GPIO_PinAFConifg();

4、初始化SPIx，设置SPIx工作模式

void SPI_Init(SPI_TypeDef* SPIx,SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct);

5、使能SPIx

void SPI_Cmd(SPI_TypeDef* SPIx,FunctionalState NewState);

6、SPI传输数据

void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx,uint16_t Data);

uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx);

7、查看SPI传输状态

SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2,SPI_I2S_FLAG_RXNE);