STM32使用SPI协议主从通信
目录
前言
一、理论部分
SPI简介
SPI特征
SPI物理层
SPI协议层
SPI配置过程
SPI数据发送与接收过程
二、代码部分
主机代码
从机代码
前言
这是一篇学习笔记，记录自己学习SPI通信。方便之后运用的时候回顾。参考《STM32中文参考手册》
一、理论部分
SPI简介
SPI 协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议(Serial Peripheral Interface)，即串行外围设
备接口，是一种高速全双工的通信总线。它被广泛地使用在 ADC 、 LCD 等设备与 MCU 间，
要求通讯速率较高的场合。
SPI特征
● 3 线全双工同步传输
● 带或不带第三根双向数据线的双线单工同步传输
● 8 或 16 位传输帧格式选择
● 主或从操作
● 支持多主模式
● 8 个主模式波特率预分频系数 ( 最大为 f PCLK /2)
● 从模式频率 ( 最大为 f PCLK /2)
● 主模式和从模式的快速通信
● 主模式和从模式下均可以由软件或硬件进行 NSS 管理：主 / 从操作模式的动态改变
● 可编程的时钟极性和相位
● 可编程的数据顺序， MSB 在前或 LSB 在前
● 可触发中断的专用发送和接收标志
● SPI 总线忙状态标志
● 支持可靠通信的硬件 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
● 可触发中断的主模式故障、过载以及 CRC 错误标志
● 支持 DMA 功能的 1 字节发送和接收缓冲器：产生发送和接受请求
SPI物理层
SPI通信设备连接图
SPI框图
通常 SPI 通过 4 个引脚与外部器件相连：
● MISO ：主设备输入 / 从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。
● MOSI ：主设备输出 / 从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。
● SCK ：串口时钟，作为主设备的输出，从设备的输入
● NSS ：从设备选择。这是一个可选的引脚，用来选择主 / 从设备。它的功能是用来作为“片
选引脚”，让主设备可以单独地与特定从设备通讯，避免数据线上的冲突。从设备的 NSS
引脚可以由主设备的一个标准 I/O 引脚来驱动。一旦被使能 (SSOE 位 ) ， NSS 引脚也可以作为
输出引脚，并在 SPI 处于主模式时拉低；此时，所有的 SPI 设备，如果它们的 NSS 引脚连接
到主设备的 NSS 引脚，则会检测到低电平，如果它们被设置为 NSS 硬件模式，就会自动进
入从设备状态。当配置为主设备、 NSS 配置为输入引脚 (MSTR=1 ， SSOE=0) 时，如果 NSS
被拉低，则这个 SPI 设备进入主模式失败状态：即 MSTR 位被自动清除，此设备进入从模式
SPI协议层
数据时钟时序图
SPI配置过程
SPI主模式配置
1. 通过SPI_CR1寄存器的BR[2:0]位定义串行时钟波特率。
2. 选择CPOL和CPHA位，定义数据传输和串行时钟间的相位关系。
3. 设置DFF位来定义8位或16位数据帧格式。
4. 配置SPI_CR1寄存器的LSBFIRST位定义帧格式。
5. 如果需要NSS引脚工作在输入模式，硬件模式下，在整个数据帧传输期间应把NSS脚连接到高电平；在软件模式下，需设置SPI_CR1寄存器的SSM位和SSI位。如果NSS引脚工作在输出模式，则只需设置SSOE位。
6. 必须设置MSTR位和SPE位(只当NSS脚被连到高电平，这些位才能保持置位)。 在这个配置中，MOSI引脚是数据输出，而MISO引脚是数据输入。
SPI从模式配置
1. 设置 DFF 位以定义数据帧格式为 8 位或 16 位。
2. 选择 CPOL 和 CPHA 位来定义数据传输和串行时钟之间的相位关系。 为保证正确 的数据传输，从设备和主设备的CPOL 和 CPHA 位必须配置成相同的方式。
3. 帧格式 (SPI_CR1 寄存器中的 LSBFIRST 位定义的 ”MSB 在前 ” 还是 ”LSB 在前 ”) 必须与主设备相同。
4. 硬件模式下 ( 参考从选择 (NSS) 脚管理部分 ) ，在完整的数据帧 (8 位或 16 位 ) 传输过程中，NSS引脚必须为低电平。在 NSS 软件模式下，设置 SPI_CR1 寄存器中的 SSM 位并清除 SSI 位。
5. 清除 MSTR 位、设置 SPE 位 (SPI_CR1 寄存器 ) ，使相应引脚工作于 SPI 模式下。 在这个配置中，MOSI 引脚是数据输入， MISO 引脚是数据输出。
SPI数据发送与接收过程
主模式通讯过程
从模式通讯过程
接收与发送缓冲器
在接收时，接收到的数据被存放在一个内部的接收缓冲器中；在发送时，在被发送之前，数据
将首先被存放在一个内部的发送缓冲器中。 对SPI_DR 寄存器的读操作，将返回接收缓冲器的内容；写入 SPI_DR 寄存器的数据将被写入发 送缓冲器中。
主模式下开始传输
● 全双工模式
─
当写入数据到 SPI_DR 寄存器 ( 发送缓冲器 ) 后，传输开始；
─ 在传送第一位数据的同时，数据被并行地从发送缓冲器传送到 8 位的移位寄存器中，
然后按顺序被串行地移位送到 MOSI 引脚上；
─ 与此同时，在 MISO 引脚上接收到的数据，按顺序被串行地移位进入 8 位的移位寄存器
中，然后被并行地传送到 SPI_DR 寄存器 ( 接收缓冲器 ) 中。
从模式下开始传输
● 全双工模式
─
当从设备接收到时钟信号并且第一个数据位出现在它的 MOSI 时，数据传输开始，随
后的数据位依次移动进入移位寄存器；
─ 与此同时，在传输第一个数据位时，发送缓冲器中的数据被并行地传送到 8 位的移位
寄存器，随后被串行地发送到 MISO 引脚上。软件必须保证在 SPI 主设备开始数据传
输之前在发送寄存器中写入要发送的数据。
主或从模式下 全双工发送和接收过程模式
软件必须遵循下述过程，发送和接收数据
1. 设置 SPE 位为 ’1’ ，使能 SPI 模块；
2. 在 SPI_DR 寄存器中写入第一个要发送的数据，这个操作会清除 TXE 标志；
3. 等待 TXE=1 ，然后写入第二个要发送的数据。等待 RXNE=1 ，然后读出 SPI_DR 寄存器并获得第一个接收到的数据，读SPI_DR 的同时清除了 RXNE 位。重复这些操作，发送后续的数据同时接n-1 个数据；
4. 等待 RXNE=1 ，然后接收最后一个数据；
5. 等待 TXE=1 ，在 BSY=0 之后关闭 SPI 模块。
也可以在响应 RXNE 或 TXE 标志的上升沿产生的中断的处理程序中实现这个过程。
二、代码部分
我的想法是在串口助手上发送给主机什么，主机就发什么给从机。之后从机把接收的数据再返回给主机，最终再串口助手上打印出来。验证SPI的全双工通讯。主机和从机都采用中断的方式发送和接收。
主机代码
SPI配置代码
void SPI2_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
/* SPI的IO口和SPI外设打开时钟 */
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; //PB12推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
/* SPI的IO口设置 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //PB13/14/15复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //设置SPI工作模式:设置为主SPI
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_16b; //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; //串行同步时钟的空闲状态为高电平
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //定义波特率预分频的值:
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值计算的多项式
SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器
SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); //使能SPI外设
}串口中断部分
void USART1_IRQHandler(void) //串口1中断服务程序
{
u16 r,i;
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中断
{
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);
r =USART_ReceiveData(USART1);//(USART1->DR); //读取接收到的数据
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);//等待发送区空
SPI_I2S_SendData(SPI2, r);
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET); //等待接收完一个byte
i = SPI_I2S_ReceiveData(SPI2);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);
USART_senddate(USART1,i) ;
}
} 从机代码
void SPI2_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
/* SPI的IO口和SPI外设打开时钟 */
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; //PB12推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //下拉输入
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
/* SPI的IO口设置 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //PB13/14/15复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Slave; //设置SPI工作模式:设置为主SPI
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_16b; //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; //串行同步时钟的空闲状态为高电平
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Hard; //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值计算的多项式
SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器
SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); //使能SPI外设
SPI_I2S_ITConfig(SPI2,SPI_I2S_IT_RXNE,ENABLE);//开启相关中断
//Usart1 NVIC 配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SPI2_IRQn;//SPI2中断通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;//抢占优先级0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =2; //子优先级2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器、
}
u16 i;
void SPI2_IRQHandler(void)
{
//接收数据
if(SPI_I2S_GetITStatus(SPI2,SPI_I2S_IT_RXNE) != RESET)
{
i = SPI_I2S_ReceiveData(SPI2);
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
SPI_I2S_SendData(SPI2,i);
USART_senddate(USART1, i);
}
}