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STM32的串行外设接口SPI

news 2025/7/8 15:27:58

一、SPI简介

1.SPI总线特点

（1）四条通信线

SPI需要SCK、MISO、MOSI、NSS四条通信线来完成数据传输，每增加一个从机，多一条NSS通信线。

（2）多主多从

SPI总线允许有多个主机和多个从机。

（3）传输速率

比常见的I2C协议要快，通常为Mbit级别。

（4）通信方式

是同步全双工串行通信，每次交换一个字节（8bit）或者两个字节（16bit），可选择高位先行或者低位先行。

2.SPI总线术语

SCK：串行时钟线，作为主设备的输出、从设备的输入。
MISO：主机输入/从机输出数据线，该引脚在主模式下接收数据，在从模式下发送数据。
MOSI：主机输出/从机输入数据线，该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。
NSS：低电平有效的从机选择线。NSS引脚是可选的，一般选择用软件管理。

3.SPI硬件构成

所有SPI设备的SCK、MOSI、MISO分别连在一起，主机另外引出多条NSS控制线，分别接到各从机的NSS引脚，输出引脚配置为推挽输出，输入引脚配置为浮空或上拉输入。

4.位传输

（1）起始信号

SS引脚从高电平切换到低电平。

（2）终止信号

SS引脚从低电平切换到高电平。

5.数据传输模式

在使用STM32的SPI外设时，需要设置时钟相位（CPHA)和时钟极性（CPOL）。

（1）模式0

CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平
CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据

（2）模式1

CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平
CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

（3）模式2

CPOL=1：空闲状态时，SCK为高电平
CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据

（4）模式3

CPOL=1：空闲状态时，SCK为高电平
CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

二、STM32的SPI外设

1.STM32的SPI外设的特性：

8位或16位传输帧格式
可选的时钟频率、高/低位先行
支持多主模式
可触发中断的专用发送和接收标志、主模式故障、过载以及CRC错误标志
SPI总线忙状态标志
支持DMA功能的1字节发送和接收缓冲器，产生发送和接收请求
兼容I2S协议

2.STM32 SPI外设的基本结构：

3.状态标志

应用程序可以通过TXE、RXNE和BUSY三个状态标志来完全监控SPI总线的状态。

（1）发送缓冲器空闲标志（TXE)

此标志为1时表示发送缓冲器为空，可以写下一个待发送的数据进入缓冲器中。

（2）接收缓冲器非空标志（RXNE）

此标志为1时表示接收缓冲器中包含有效的接收数据。

（3）忙标志（BUSY）

此标志为1时表示SPI正忙于通信，但有一个例外：在主模式下的双向接收模式下，在接收期间BUSY标志保持为低。

三、STM32 SPI外设的通信方式

1.主模式

在SPI主模式下，MOSI引脚是数据输出，而MISO是数据输入，SCK引脚产生串行时钟。

2.从模式

在 SPI从模式下，MOSI引脚是数据输入，而MISO是数据输出，SCK引脚用于接收来自主机的串行时钟。

四、STM32 SPI外设使用流程

虽然不同器件实现的功能不同，但是只要遵循SPI协议，其通信方式都是一样的，配置流程也基本相同。对于STM32，首先要对SPI进行配置，使其能够正常工作，再结合不同器件的驱动程序，完成STM32与不同器件的数据传输。这里只介绍STM32作为主机的使用流程，使用流程和参考代码如下：

配置GPIO
配置SPI
写一个产生起始条件的函数
写一个产生终止条件的函数
写一个交换数据的函数

void SPI_W_SS(uint8_t Bit)          //根据Bit设置SS引脚的电平
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)Bit);		
}void SPI_Init(void)                 //配置GPIO和SPI
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA4引脚初始化为推挽输出，作为NSS片选引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA5和PA7引脚初始化为复用推挽输出，即配置SCK和MOSIGPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA6引脚初始化为上拉输入，即配置为MISOSPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;						SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;			//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，选择低极性SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;			//SPI相位，选择第一个时钟边沿采样，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，暂不用，给默认值7SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);						SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);									//使能SPI1，开始运行MySPI_W_SS(1);											//NSS默认高电平
}void MySPI_Start(void)                          //产生起始信号
{MySPI_W_SS(0);	//拉低SS
}void MySPI_Stop(void)                           //产生终止信号
{MySPI_W_SS(1);	//拉高SS
}uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)        //交换一个字节数据
{while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET);	//等待发送数据寄存器空SPI_I2S_SendData(SPI1, ByteSend);								//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return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);								//读取接收到的数据并返回
}

代码仅供参考，具体使用需要结合相关从机器件的开发文档。

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http://www.lryc.cn/news/453355.html