stm32之SPI通信学习分析附源码

之前一直对SPI通信一知半解,所以想抽空把它搞得明白一些。考虑到之前是结合Flash芯片来学的,十分不直观,而且主要把时间和精力都花在Flash芯片的datasheet和驱动上了,SPI通信也没学好。所以这次就考虑用4位数码管显示模块,模块是直接买的现成的,如下图所示,这样可以简化操作,把精力聚焦到学习的核心–SPI通信本身上来。

该模块是用2片74HC595串联驱动的,一片用来控制数码管的位选(U1),一片用来控制数码管的段选(U2)。接口比较简单,总共5个引脚,2个引脚分别接VCC和GND,DIO用来接收串行数据的输入,SCLK用来接收同步时钟,每个SCLK上升沿74HC595内部的移位寄存器会移一位,RCLK用来控制数据的输出,每个RCLK上升沿74HC595内部的移位寄存器的数据会被放进存储寄存器并输出到外部引脚QA~QH上。而QH’是串行输出引脚,该引脚会接收最高位的溢出,从而实现多片74HC595的级联。

当两片74HC595串联时,先发八位数据用于段选,再发八位数据用于位选,然后RCLK上升沿,就可以驱动某位数码管显示某个字符,通过动态扫描数码管,由于人眼的视觉暂停效果,就可以实现4位数码管的同时显示。先用通用I/O来实现该数码管的驱动,程序如下:

头文件74HC595.h

#ifndef 74HC595_H

#define 74HC595_H

#include"stm32f10x_lib.h" //包含所有的头文件

#include

// 4-Bit LED Digital Tube Module

#define HC595_SCLK_PIN GPIO_Pin_5 // SPI1_SCK PA5

#define HC595_RCLK_PIN GPIO_Pin_12 // SPI1_NSS PA4

#define HC595_DIO_PIN GPIO_Pin_7 // SPI1_MOSI PA7

#define HC595_GPIO GPIOA

#define HC595_RCLK_GPIO GPIOB

#define HC595_RCC RCC_APB2Periph_GPIOA

#define HC595_RCLK_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB

void HC595_Init(void);

void HC595_SendByte(u8 data);

u8 HC595_Display(u16 num, u8 dp);

#endif

源文件74HC595.c

// 用于HC595实现的4Bit-LED Digit Tube Module

// 注意:该4位数码管是共阳的!

#include “74HC595.h”

// 码表

const u8 digitTable[] =

{

// 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90,

// A b C d E F -

0x8C, 0xBF, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0xFF, 0xbf

};

/*******************************************************************************

* Function Name : HC595_Init

* Description : 初始化HC595

* Input : None

* Output : None

* Return : None

*******************************************************************************/

void HC595_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //声明一个结构体变量

RCC_APB2PeriphClockCmd(HC595_RCC | HC595_RCLK_RCC, ENABLE);

//使能HC595的时钟

//74HC595, SCLK RCLK DIO 推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HC595_SCLK_PIN| HC595_DIO_PIN;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //管脚频率为50MHZ

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //输出模式为推挽输出

GPIO_Init(HC595_GPIO, &GPIO_InitStructure); //初始化寄存器

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HC595_RCLK_PIN;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //管脚频率为50MHZ

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //输出模式为推挽输出

GPIO_Init(HC595_RCLK_GPIO, &GPIO_InitStructure); //初始化寄存器

}

/*******************************************************************************

* Function Name : HC595_SendByte

* Description : 发送一个字节

* Input : data

* Output : None

* Return : None

*******************************************************************************/

void HC595_SendByte(u8 data)

{

u8 i;

for (i=8; i>=1; i–)

{

// 高位在前

if (data&0x80)

GPIO_SetBits(HC595_GPIO, HC595_DIO_PIN);

else

GPIO_ResetBits(HC595_GPIO, HC595_DIO_PIN);

data <<= 1;

// SCLK上升沿

GPIO_ResetBits(HC595_GPIO, HC595_SCLK_PIN);

GPIO_SetBits(HC595_GPIO, HC595_SCLK_PIN);

}

}

/*******************************************************************************

* Function Name : HC595_Display

* Description : 显示4位数字(包括小数点)

* Input : num: 0000 - 9999

* dp: 小数点的位置1-4

* Output : None

* Return : 正常返回0,错误返回1

*******************************************************************************/

u8 HC595_Display(u16 num, u8 dp)

{

u8 qian = 0, bai = 0, shi = 0, ge = 0;

// 对显示的参数范围进行检查

if (num > 9999 || dp > 4)

//报错

return 1;

// 对num进行分解

qian = num / 1000;

bai = num % 1000 / 100;

shi = num % 100 / 10;

ge = num % 10;

// 千位

if(dp == 1)

HC595_SendByte(digitTable[qian] & 0x7F);

else

HC595_SendByte(digitTable[qian]);

HC595_SendByte(0x08);

GPIO_ResetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

GPIO_SetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

// 百位

if(dp == 2)

HC595_SendByte(digitTable[bai] & 0x7F);

else

HC595_SendByte(digitTable[bai]);

HC595_SendByte(0x04);

GPIO_ResetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

GPIO_SetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

// 十位

if(dp == 3)

HC595_SendByte(digitTable[shi] & 0x7F);

else

HC595_SendByte(digitTable[shi]);

HC595_SendByte(0x02);

GPIO_ResetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

GPIO_SetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

// 个位

if(dp == 4)

HC595_SendByte(digitTable[ge] & 0x7F);

else

HC595_SendByte(digitTable[ge]);

HC595_SendByte(0x01);

GPIO_ResetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

GPIO_SetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

return 0;

}

接下来就可以把重心都放在STM32的SPI外设上了,首先需要读一下STM32F10x的参考手册的SPI(串行外设接口)部分,这样对SPI就可以有较好的理解,比较重要的是要看懂SPI的结构框图和主从机通信的示意图,如下:

这个理解以后,我们就可以参考《STM32F103XX固件库用户手册》的SPI部分来实现STM32的SPI外设配置和收发数据了,具体代码如下:

头文件74HC595_SPI.h

#ifndef 74HC595_SPI_H

#define 74HC595_SPI_H

#include"stm32f10x_lib.h" //包含所有的头文件

#include

// 4-Bit LED Digital Tube Module

// 引脚 // SPI1 4位数码管

#define HC595_NSS_PIN GPIO_Pin_4 // SPI1_NSS 未用

#define HC595_SCK_PIN GPIO_Pin_5 // SPI1_SCK SCLK

#define HC595_MISO_PIN GPIO_Pin_6 // SPI1_MISO 未用

#define HC595_MOSI_PIN GPIO_Pin_7 // SPI1_MOSI DIO

#define HC595_RCLK_PIN GPIO_Pin_12 // RCLK

// 端口

#define HC595_SPI1_GPIO GPIOA

#define HC595_RCLK_GPIO GPIOB

// 时钟

#define HC595_SPI1_RCC RCC_APB2Periph_GPIOA

#define HC595_RCLK_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB

void HC595_Init(void);

void HC595_SendByte(u8 data);

u8 HC595_Display(u16 num, u8 dp);

#endif

源文件74HC595_SPI.c

/************************省略部分代码见(74HC595.c)************************/

/*******************************************************************************

* Function Name : HC595_Init

* Description : 初始化HC595

* Input : None

* Output : None

* Return : None

*******************************************************************************/

void HC595_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; // 声明一个结构体变量

// 不需要开启AFIO时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(HC595_SPI1_RCC | HC595_RCLK_RCC |

RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE); // 使能HC595及SPI1的时钟

//74HC595, SPI1_NSS、SPI1_SCK、SPI1_MOSI

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HC595_NSS_PIN | HC595_SCK_PIN

|HC595_MOSI_PIN;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 管脚频率为50MHZ

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 输出模式为复用推挽输出

GPIO_Init(HC595_SPI1_GPIO, &GPIO_InitStructure); // 初始化寄存器

//74HC595, SPI1_MISO

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HC595_MISO_PIN;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 输入模式为浮空输入

GPIO_Init(HC595_SPI1_GPIO, &GPIO_InitStructure); // 初始化寄存器

//74HC595, RCLK

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HC595_RCLK_PIN;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 管脚频率为50MHZ

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 输出模式为复用推挽输出

GPIO_Init(HC595_RCLK_GPIO, &GPIO_InitStructure); // 初始化寄存器

/* Initialize the SPI1 according to the SPI_InitStructure members */

SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;

// 第一步:设置主从模式和通信速率

SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;

// SPI_NSS_Hard时需要外部电路把NSS接VCC, SPI_NSS_Soft时SPI外设会将SSM和SSI置位

SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;

// 实测波特率最低为SPI_BaudRatePrescaler_8,否则出错

SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;

// 第二步:设置数据格式

SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;

// MSB在前还是LSB在前要根据码表和数码管与74HC595的接法来定

SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;

// 第三步:设置时钟和极性

// 当SPI_CPOL_Low且SPI_CPHA_2Edge出错

SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;

SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;

//第四步:其它,CRC校验,可靠通信,这步可以不设置

SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;

SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

/* Enable SPI1 */

SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);

}

/*******************************************************************************

* Function Name : HC595_SendByte

* Description : 发送一个字节

* Input : data

* Output : None

* Return : None

*******************************************************************************/

void HC595_SendByte(u8 data)

{

SPI_I2S_SendData(SPI1, data);

while(!SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE));

}

/************************省略部分代码(见74HC595.c)************************/

这样就大工告成啦,STM32的SPI外设还是比较简单的,尤其是通过库函数来调用。用数码管模块这种简单的可视化工具,我们就可以更好的研究通信协议本身的特性啦,后续我还会用这种方式来学习其它的通信协议。

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资料分享交流裙:112–6743–406
spi相应的资料供大家后续的学习中用来参考
stm32之SPI通信
http://www.makeru.com.cn/live/3523_1795.html?s=45051
通信协议:UART串口协议
http://www.makeru.com.cn/live/3576_1437.html?s=45051

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