STM32学习笔记----SPI协议

STM32的SPI（串行外设接口，Serial Peripheral Interface）是一种常见的同步串行通信协议，广泛应用于与传感器、显示屏、存储设备等外设的通信。SPI通过主从模式（Master/Slave）来实现数据交换，其中主设备控制通信过程，从设备响应主设备的命令。

STM32的SPI硬件模块支持全双工通信，意味着可以同时发送和接收数据。下面是使用STM32标准库进行SPI配置和使用的详细介绍。

1. SPI的基本原理

SPI协议使用四条基本信号线：

• SCK（时钟线）：由主设备生成时钟信号，驱动数据的传输速率。
• MISO（主输入从输出）：从设备向主设备发送数据。
• MOSI（主输出从输入）：主设备向从设备发送数据。
• SS（从设备选择）：用于选择与主设备通信的从设备。

2. SPI工作模式

SPI有四种工作模式，取决于时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）：

• CPOL：时钟的空闲状态。0表示时钟线低电平，1表示时钟线高电平。
• CPHA：时钟的采样时机。0表示数据在时钟上升沿采样，1表示数据在时钟下降沿采样。

这四种模式分别是：

• 模式0：CPOL=0, CPHA=0
• 模式1：CPOL=0, CPHA=1
• 模式2：CPOL=1, CPHA=0
• 模式3：CPOL=1, CPHA=1

3. STM32 SPI的配置

在STM32中，通过使用标准外设库来配置SPI。在使用STM32的SPI时，通常需要进行以下几个步骤：

3.1. 开启SPI外设时钟

每个外设都有对应的时钟，需要先开启SPI模块的时钟。

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE); // 开启SPI1时钟

3.2. 配置SPI的引脚（GPIO）

SPI通信需要使用特定的引脚，这些引脚通常会由GPIO配置来选择。

例如，在STM32F103系列中，SPI1的引脚配置如下：

• SCK：PA5
• MISO：PA6
• MOSI：PA7
• SS：PA4（可选）

这些引脚通常是复用功能，需配置为复用模式。

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; // 配置SCK、MISO、MOSI
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 配置为推挽复用模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 初始化GPIO

3.3. 配置SPI参数

STM32的SPI配置涉及时钟极性、时钟相位、数据长度、主从模式等参数。通过SPI_InitTypeDef结构体来配置SPI。

3.4. 使能SPI

配置完成后，需要使能SPI外设。

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; // 全双工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; // 主模式
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; // 8位数据帧
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; // 时钟空闲状态为低
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; // 数据在第一个上升沿采样
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; // 软件管理NSS信号
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_16; // 设置波特率预分频
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; // 数据从高位传输
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; // CRC校验多项式（可选）
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure); // 配置SPI1

SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); // 启动SPI

4. SPI通信过程

SPI的通信包括数据的发送和接收，可以通过轮询、DMA（直接存储器访问）或者中断的方式进行。

4.1. 发送数据

SPI通信的发送通过SPI_I2S_SendData函数进行。主设备将数据写入SPI数据寄存器，然后自动通过SPI总线发送出去。

SPI_I2S_SendData(SPI1, data); // 发送数据

4.2. 接收数据

接收数据通过SPI_I2S_ReceiveData函数进行，接收到的数据会自动放入SPI数据寄存器中。

received_data = SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); // 接收数据

4.3. 数据传输示例

下面是一个简单的SPI通信传输示例，主设备向从设备发送一个字节并接收返回的数据。

uint8_t SendData(uint8_t data)
{while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET); // 等待发送缓冲区空SPI_I2S_SendData(SPI1, data); // 发送数据while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET); // 等待接收数据return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); // 返回接收到的数据
}

5. SPI中断和DMA

5.1. SPI中断

可以使能SPI的中断，处理如接收完成、发送完成等事件。

SPI_ITConfig(SPI1, SPI_IT_RXNE, ENABLE); // 使能SPI1接收中断

接收中断可以在中断服务程序中处理。

void SPI1_IRQHandler(void)
{if (SPI_I2S_GetITStatus(SPI1, SPI_I2S_IT_RXNE) != RESET){uint8_t received_byte = SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); // 读取接收到的数据}
}

5.2. SPI DMA

使用DMA（直接存储器访问）可以提高数据传输效率，特别是在大数据量传输时。通过配置DMA通道来实现SPI的数据发送和接收。

6. 总结

STM32的SPI外设模块功能强大，支持全双工、同步传输、主从模式，并且可以通过标准库进行配置和使用。使用SPI时要特别注意时钟的配置、引脚的复用、数据帧的格式等参数。通过标准库的函数，可以轻松实现数据传输，同时也支持中断和DMA等方式，提供了高效的传输机制。