22：SPI一：简单的使用

SPI简单的使用

  • 1、什么是SPI
  • 2、数据通信
    • 2.1：5个重要参数
    • 2.2：4种传输模式
  • 3、程序模拟SPI通信时序
  • 3、片上外设SPI通信时序

1、什么是SPI

SPI是一种同步的，全双工，支持总线挂载多设备的通信协议。它特别适用于高效，快速的传输。

在这里插入图片描述
如上图所示：单片机作为主机，其他模块作为从机。通过SPI总线进行数据通信，而SPI总线如上图结构。SPI由4条线组成：MOSI，MISO，SCK，NSS。

MOSI：主机输出从机输入（主机发送从机接收，发送数据时高位先行），在进行数据传输时，主机的MOSI和所有从机的MOSI连接在一起。
MISO：主机输入从机输出（主机接收从机发送），在进行数据传输时，主机的MISO和所有从机的MISO连接在一起。
SCK：串行时钟线，每个时钟周期发送/接收一个位数据。
NSS：从机选择线，主机和所有从机的NSS连接在一起，低电平有效，主机需要和那一个从机通信就向那个从机的NSS发送低电平即可。

接线如下图所示：

在这里插入图片描述

2、数据通信

在这里插入图片描述
假如主机需要向从机1发送0110 0100的一个字节的数据：
①则主机的NSS1引脚输出一个低电平，其他的NSS引脚输出为高电平。
②主机向数据发送移位寄存器里面写入数据0110 0100。
③然后在SCK的作用下，每来一个脉冲，寄存器的最高位就发送到从机的接收寄存器最高位里面，依次发送8次，那么一个字节就发生完成。
④而主机发送数据时，也会接收到从机发送来的数据，这是一个双向的过程。至于接收到的是数据的是什么内容，我们只管主机发送数据即可。而主机需要读取从机的数据时，则需要向从机发送数据，至于发送的数据是是什么内容，我们只管主机读取数据即可 。
⑤数据发送完成后，主机的NSS1发送一个高电平，用于结束。
在这里插入图片描述

2.1：5个重要参数

①波特率：即SCK时钟的快慢，每一个时钟周期传输一个比特位，波特率越大，传输速率越快。而选择多大的波特率取决于从机允许最大值/设备所承受的极限/电路所承受的极限。
②比特位传输顺序：可以设置一个字节的高位先行，也可以设置为低位先行。例如需要传输数据0110 0100，我们让高位先行，则写入数据寄存器为：0110 0100。我们让低位先行，则写入数据寄存器为：0010 0110。
③数据为的长度：8bit/16bit，一般情况下我们就选择8bit进行传输。
④时钟的极性与边沿：
时钟极性为低电压：时钟空闲时为低电平，进行数据传输时才产生脉冲。

在这里插入图片描述

时钟极性为高电压：时钟空闲时为高电平，进行数据传输时才产生脉冲。

在这里插入图片描述时钟的边沿：

在这里插入图片描述

⑤时钟相位：数据的传输分为了2个阶段，分别为发送阶段和采集阶段，发送阶段时发送设备向传输线上发送比特位，采集阶段时接收设备采集传输线上的比特位。而时钟的相位分为第1边沿采集和第2边沿采集。

在这里插入图片描述

2.2：4种传输模式

在这里插入图片描述
由上图所示：若为第1边沿进行采集，那么采集的第1个比特位在NSS发送低电平的一瞬间，MOSI引脚就会把比特位瞬间传输到传输线上。

3、程序模拟SPI通信时序

①MySPI.c文件的代码如下：

/*使用代码程序模拟SPI模式0的传输方式*/
#include "stm32f10x.h"                 /** PA4引脚选择从机*/
void MySPI_NSS(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);
}/** PA5引脚模拟时钟信号*/
void MySPI_SCK(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue);		
}/** PA7引脚主机发送从机接收*/
void MySPI_Write(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue);
}/** PA6引脚主机接收从机发送*/
uint8_t MySPI_Receive(void)
{return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6);
}/** 对引脚的初始化，PA4为从机选择引脚，PA5时钟信号引脚，PA6为数据接收引脚* PA7为数据发送引脚。所以PA4，PA5,PA7配置为通用推挽输出，PA6配置为上拉输入*/
void MySPI_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//通用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//上拉输入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					/*设置时钟极性为低电压*/MySPI_NSS(1);				//NSS高电平，还没有选择从机MySPI_SCK(0);				//SCK极性为低电平
}/** 起始信号*/
void MySPI_Start(void)
{MySPI_NSS(0);				//拉低NSS，开始时序
}/** 停止信号*/
void MySPI_Stop(void)
{MySPI_NSS(1);				//拉高SS，终止时序
}/** 发送数据和读取数据函数*/
uint8_t MySPI_SengRec_Byte(uint8_t SendByte)
{uint8_t i, Byte = 0x00;//定义接收的数据，并赋初值0x00，for (i = 0; i < 8; i ++)//循环8次，依次交换每一位数据{MySPI_Write(ByteSend & (0x80 >> i));//给传输线上写入数据	MySPI_SCK(1);//拉高SCK，上升沿从机读取数据if (MySPI_Receive() == 1)//读取MISO数据，并存储到Byte变量{Byte |= (0x80 >> i);}											MySPI_SCK(0);//拉低SCK，为下一位数据放入传输线做准备}return Byte;//返回接收到的一个字节数据
}

②主函数程序代码如下：

#include "stm32f10x.h"
#include "MyI2C.h"       int main(void)
{uint8_t Data;MySPI_Init();//SPI的初始化MySPI_Start();Data = MySPI_SengRec_Byte(0xAA);//向从机方式数据0xAA,并接收从机发来的数据保存在Data变量中MySPI_Stop();while(1){}
}

3、片上外设SPI通信时序

在这里插入图片描述
如上图所示：stm32f10c8t6只有2个SPI外设，其中SPI1的外设引脚为PA4~PA7。

相关标准库编程接口如下：
在这里插入图片描述
①MySPI.c文件的代码如下：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header/** PA4引脚选择从机*/
void MySPI_NSS(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);//设置NSS引脚的电平
}/** 对引脚的初始化，PA4为从机选择引脚，PA5时钟信号引脚，PA6为数据接收引脚* PA7为数据发送引脚。所以PA4配置为通用推挽输出，PA5,PA7配置为复用推挽输出，PA6配置为上拉输入*/
void MySPI_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);	//开启SPI1的时钟/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;        //将PA4引脚初始化为推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;  //将PA5和PA7引脚初始化为复用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;           //将PA6引脚初始化为上拉输入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					/*SPI初始化*/SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;						//定义结构体变量SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;			//主机/从机模式，选择为SPI主模式SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;	//方向，选择2线全双工SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;		//数据宽度，选择为8位SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;		//先行位，选择高位先行SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_128;	//波特率分频，选择128分频SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;				//SPI极性，选择空闲为低极性SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;			//SPI相位，选择第一个边沿采样，极性和相位决定选择SPI模式0SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;				//NSS，选择由软件控制SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;				//CRC多项式，暂时用不到，给默认值7SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);						//将结构体变量交给SPI_Init，配置SPI1SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);									//使能SPI1，开始运行MySPI_NSS(1);											//SS默认高电平
}/** 起始信号*/
void MySPI_Start(void)
{MySPI_NSS(0);				//拉低NSS，开始时序
}/** 停止信号*/
void MySPI_Stop(void)
{MySPI_NSS(1);				//拉高SS，终止时序
}/** 发送数据和读取数据函数*/
uint8_t MySPI_SengRec_Byte(uint8_t SendByte)
{while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET);	//等待发送数据寄存器空,写入数据自动清除SPI_I2S_SendData(SPI1, SendByte);								//写入数据到发送数据寄存器，开始产生时序while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) != SET);	//等待接收数据寄存器非空，读取数据自动清除return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);								//读取接收到的数据并返回
}

②主函数程序代码如下：

#include "stm32f10x.h"
#include "MyI2C.h"       int main(void)
{uint8_t Data;MySPI_Init();//SPI的初始化MySPI_Start();Data = MySPI_SengRec_Byte(0xAA);//向从机方式数据0xAA,并接收从机发来的数据保存在Data变量中MySPI_Stop();while(1){}
}

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