STM32单片机SPI通信实战：示例代码详解与应用案例

 

引言： 单片机SPI（串行外设接口）通信是一种常用的串行同步通信协议，用于单片机与外设之间的高速数据传输。SPI通信具有简单、高效、可靠等特点，在各种嵌入式系统中被广泛应用。本文将介绍单片机SPI通信的原理、配置和性能优化方法，并给出STM32单片机的示例代码，并附带详细的代码说明和注释。

一、单片机SPI通信的原理和工作方式 1.1 SPI通信的基本原理 1.2 SPI通信的工作流程和时序图 1.3 SPI通信的通信模式（主机模式和从机模式）

二、STM32单片机SPI通信的硬件配置与连接 2.1 SPI通信引脚的配置 2.2 外部设备的连接和配置 2.3 STM32的SPI模块的配置与初始化

三、STM32单片机SPI通信的编程方法 3.1 SPI寄存器的配置与初始化 3.2 数据的发送和接收 3.3 数据传输的常见问题和解决方法

四、STM32单片机SPI通信的性能优化 4.1 SPI时钟频率的选择与优化 4.2 数据缓冲区的设计与使用 4.3 DMA传输的应用和优势

五、STM32单片机SPI通信的实例代码和注释

#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"

SPI_HandleTypeDef hspi1;

void SystemClock_Config(void);
void Error_Handler(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_SPI1_Init(void);

int main(void)
{
  HAL_Init();

  SystemClock_Config();

  MX_GPIO_Init();
  MX_SPI1_Init();

  uint8_t sendData[5] = {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89};
  uint8_t receivedData[5];

  while (1)
  {
    HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, sendData, receivedData, 5, HAL_MAX_DELAY);
  }
}

void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 360;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  if (HAL_PWREx_EnableOverDrive() != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_SPI1_Init(void)
{
  hspi1.Instance = SPI1;
  hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
  hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
  hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
  hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
  hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
  hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
  hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4;
  hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
  hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
  hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
  hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;
  if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_GPIO_Init(void)
{
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
  GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI1;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

void Error_Handler(void)
{
  while (1)
  {
  }
}

void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if (hspi->Instance == SPI1)
  {
    __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  }
}

代码说明和注释：

• 代码开头部分包含了必要的头文件和初始化函数的声明。

• 在main()函数中，我们进行了单片机的初始化，配置了系统时钟和SPI接口。

• 在主循环中，我们通过调用HAL_SPI_TransmitReceive()函数进行SPI数据的发送和接收。

• SystemClock_Config()函数配置了系统时钟，使用的是外部高速晶振。

• MX_SPI1_Init()函数对SPI接口进行初始化，配置通信模式、数据大小、时钟极性等参数。

• MX_GPIO_Init()函数对SPI引脚进行初始化，将引脚设置为复用功能，与SPI功能相对应。

• Error_Handler()函数是错误处理函数，当出现错误时将会进入死循环。