STM32F4通信协议SPI&&IIC工作原理
SPI协议：全双工 3/4根信号线
SPI 主要特点有：可以同时发出和接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。
MISO 主设备数据输入，从设备数据输出。(MISO:master input slave output)
MOSI 主设备数据输出，从设备数据输入。(MOSI:master output slave input)
SCLK时钟信号，由主设备产生。(SCLK:serial clock)
CS从设备片选信号，由主设备控制。(CS:chip select)这个一主多从通信的时候才会用到
SPI工作原理
（1）硬件上为4根线。
（2）主机和从机都有一个串行移位寄存器，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，主机只需忽略接收到的字节；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。
SPI初始化配置
SPI控制器的初始化步骤有以下几步：
（1）使能SPI复用功能所映射的GPIO口时钟。
（2）SPI控制器时钟使能。
（3）配置GPIO为复用功能。（MOSI/MISO/CLK）
（4）GPIO复用功能为第几复用功能（AFx）。
（5）配置GPIO输出速率为50MHz。
（6）配置SPIx->CR1寄存器。
//SPI 口初始化
//这里针是对 SPI1 的初始化
void SPI1_Init(void)
{
u16 tempreg=0;
RCC->AHB1ENR|=1<<0; //使能 PORTA 时钟
RCC->APB2ENR|=1<<12; //SPI1 时钟使能
GPIO_Set(GPIOB,7<<3,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_100M,
GPIO_PUPD_PU); //PB3~5 复用功能输出
GPIO_AF_Set(GPIOB,3,5); //PB3,AF5
GPIO_AF_Set(GPIOB,4,5); //PB4,AF5
GPIO_AF_Set(GPIOB,5,5); //PB5,AF5
//这里只针对 SPI 口初始化
RCC->APB2RSTR|=1<<12; //复位 SPI1
RCC->APB2RSTR&=~(1<<12);//停止复位 SPI1
tempreg|=0<<10; //全双工模式
tempreg|=1<<9; //软件 nss 管理
tempreg|=1<<8;
tempreg|=1<<2; //SPI 主机
tempreg|=0<<11; //8 位数据格式
tempreg|=1<<1; //空闲模式下 SCK 为 1 CPOL=1
tempreg|=1<<0; //数据采样从第 2 个时间边沿开始,CPHA=1
ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程
343
STM32F4 开发指南(寄存器版)
//对 SPI1 属于 APB2 的外设.时钟频率最大为 84Mhz 频率.
tempreg|=7<<3; //Fsck=Fpclk1/256
tempreg|=0<<7; //MSB First
tempreg|=1<<6; //SPI 启动
SPI1->CR1=tempreg; //设置 CR1
SPI1->I2SCFGR&=~(1<<11);//选择 SPI 模式
SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输
}
//SPI1 速度设置函数
//SpeedSet:0~7
//SPI 速度=fAPB2/2^(SpeedSet+1)
//fAPB2 时钟一般为 84Mhz
void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet)
{
SpeedSet&=0X07; //限制范围
SPI1->CR1&=0XFFC7;
SPI1->CR1|=SpeedSet<<3; //设置 SPI1 速度
SPI1->CR1|=1<<6; //SPI 设备使能
}
//SPI1 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData)
{
while((SPI1->SR&1<<1)==0); //等待发送区空
SPI1->DR=TxData; //发送一个 byte
while((SPI1->SR&1<<0)==0); //等待接收完一个 byte
return SPI1->DR; //返回收到的数据
}
IIC：是一个半双工同步串行通信，用于IIC设备之间通讯的协议。
半双工同步串行通信的意义为：
半双工：同一时间只能发送或者接收（数据脚收发公用）。
同步：有时钟线控制。
串行：数据位是一个一个位发出去。
两条线：一条SDA数据线和一条SCK时钟线
通信速度：
标准IIC（100KHz），快速IIC（400KHz），高速IIC（3.4MHz）。
工作原理：
1）主发送器向从接收器发送数据。主机发送的第一个字节是从机地址，接下来是数据字节。从机每接收一个字节就返回一个应答位。
2）从发送器向主接收器发送数据。主机发送的第一个字节是从机地址，然后从机返回一个应答位。接下来从机向主机发送数据字节。主机每接收一个字节都会返回一个应答位，最后一个字节除外。接收完最后一个字节后，主机返回一个"非应答位"。主机产生所有串行时钟脉冲、起始条件以及停止条件。每一帧都以一个停止条件或一个重复起始条件来结束。由于重复的起始条件也是下一帧的开始，所以将不会释放IIC 总线。
I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
开始信号： SCL 为高电平时， SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号： SCL 为高电平时， SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
应答信号： 接收数据的IIC器件在接收到 8bit 数据后， 向发送数据的主控发出特定的低电平脉冲， 表示已收到数据。主控向被控制的IIC器件发出8bit 数据后，等待被控制的IIC器件发出一个应答信号，主控 接收到应答信号后， 根据实际情况作出是否继续传递数据的判断。若未收到应答信号， 则判断被控制的IIC器件出现故障。 这些信号中，起始信号时必须的， 结束信号和应答信号， 都可以不要。 IIC 总线时序如图所示：
时序图
关于IIC应答信号说明：
不给应答：只有主机可以不给应答，什么情况可以不给应答？主机接到最后一个数据，它不需要从机再给数据主机了，不给应答（把数据线拉高电平）。
从机收到数据，从机给出应答（谁去接收应答？主机），从机只会给应答0。
主机在时钟线SCL为高电平的时候，读取应答信号
主机收到数据，主机给出应答（谁去接收应答？从机）。给应答信号：代表主机要继续要数据。不给应答：代表主机不再需要数据。
/******************************************************************************
* INCLUDES
*/
#include "stm32f4xx.h"
#include "iic.h"
#include "gpio.h"
#include "delay.h"
//IO方向设置
#define SDA_IN() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=0<<9*2;} //PB9输入模式
#define SDA_OUT() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=1<<9*2;} //PB9输出模式
#define SCL_H() (GPIOB->BSRRL = 1<<8)
#define SCL_L() (GPIOB->BSRRH = 1<<8)
#define SDA_H() (GPIOB->BSRRL = 1<<9)
#define SDA_L() (GPIOB->BSRRH = 1<<9)
#define RD_SDA() ((GPIOB->IDR & 1<<9)&&1)
void IIC_init(void)
{
RCC->AHB1ENR|=1<<1; //使能PORTB时钟
GPIO_set(GPIOB,PIN8|PIN9,GPIO_MODE_OUT,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_50M,GPIO_PUPD_PU);//PB8/PB9设置
SCL_H();
SDA_H();
}
/******************************************************************************
* 函数名： IIC_start
* 功能描述： 模拟iic启动信号
******************************************************************************/
void IIC_start(void)
{
SDA_OUT(); //sda线输出
SDA_H();
SCL_H();
SDA_L();
//快速IIC:延时0.6us 标准IIC: 延时4us
delay_us(6);
}
/******************************************************************************
* 函数名： IIC_stop
* 功能描述： 模拟iic停止信号
******************************************************************************/
void IIC_stop(void)
{
SDA_OUT();//sda线输出
SCL_L();
SDA_L();//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
delay_us(4);
SCL_H();
delay_us(4);
SDA_H();//发送I2C总线结束信号
}
/******************************************************************************
* 函数名： IIC_waitAck
* 功能描述： IIC master 等待应答信号
* 参数说明： 1，接收应答失败
* 0，接收应答成功
******************************************************************************/
u8 IIC_waitAck(void)
{
u8 ucErrTime=0;
SDA_IN(); //SDA设置为输入
SDA_H();delay_us(1);
SCL_H();delay_us(1);
while(RD_SDA())
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime>250)
{
IIC_stop();
return 1;
}
}
SCL_L();//时钟输出0
return 0;
}
/******************************************************************************
* 函数名： IIC_ack
* 功能描述： 给应答信号
******************************************************************************/
void IIC_ack(void)
{
SCL_L();
SDA_OUT();
SDA_H();
delay_us(2);
SDA_L();
delay_us(3);
SCL_H();
delay_us(4);
SCL_L();
delay_us(2);
SDA_H();
}
/******************************************************************************
* 函数名： IIC_nAck
* 功能描述： 不给应答信号
******************************************************************************/
void IIC_nAck(void)
{
SCL_L();
SDA_OUT();
SDA_H();
delay_us(2);
SDA_H();
delay_us(3);
SCL_H();
delay_us(4);
SCL_L();
delay_us(2);
SDA_H();
}
/******************************************************************************
* 函数名： IIC_sendByte
* 功能描述： 发送一个字节
******************************************************************************/
void IIC_sendByte(u8 txd)
{
u8 i;
SDA_OUT();
for(i=0;i<8;i++)//连续写8个位
{
SCL_L();
if(txd&(1<<(7-i)))
{
SDA_H();
}
else
{
SDA_L();
}
//快速IIC:延时1.3us 标准IIC: 延时4.7us
//delay_us(2);
delay_us(3);
SCL_H();
//快速IIC:延时0.6us 标准IIC: 延时4us
//delay_us(1);
delay_us(3);
SCL_L();
}
SDA_H();//释放管脚控制，等待应答
}
/******************************************************************************
* 函数名： IIC_readByte
* 功能描述： 读取一个字节
* 参数说明： ack=0时，发送ACK，ack=1，发送nACK
* 返回值说明： 返回读取到的数据
******************************************************************************/
u8 IIC_readByte(unsigned char ack)
{
unsigned char i,receive=0;
SDA_IN();//SDA设置为输入
for(i=0;i<8;i++)//连续的读8个位
{
SCL_L();
//快速IIC:延时1.3us 标准IIC: 延时4.7us
delay_us(5);
SCL_H();
//快速IIC:延时0.6us 标准IIC: 延时4us
delay_us(4);
if(RD_SDA()==1)
{
receive |= (1<<(7-i));
}
else
{
receive &= ~(1<<(7-i));
}
SCL_L();
}
if (!ack)
IIC_ack(); //发送ACK
else
IIC_nAck();//发送nACK
return receive;
}