STM32-SPI通信協議

串行外設接口SPI（Serial Peripheral Interface）是由Motorola公司開發的一種通用數據總線。
????????在某些芯片上，SPI接口可以配置為支持SPI協議或者支持I2S音頻協議。 SPI接口默認工作在SPI方式，可以通過軟件把功能從SPI模式切換到I2S模式，具體需參考操作手冊
????????串行外設接口(SPI)允許芯片與外部設備以半/全雙工、同步、串行方式通信。此接口可以被配置成主模式，并為外部從設備提供通信時鐘(SCK)。接口還能以多主配置方式工作。
它可用于多種用途，包括使用一條雙向數據線的雙線單工同步傳輸，還可使用CRC校驗的可靠通信。
????????I2S也是一種3引腳的同步串行接口通訊協議。它支持四種音頻標準，包括飛利浦I2S標準， MSB和LSB對齊標準，以及PCM標準。它在半雙工通訊中，可以工作在主和從2種模式下。當它作為主設備時，通過接口向外部的從設備提供時鐘信號。

SPI特點

四根通信線：SCK、MOSI、MISO、SS
支持全雙工同步傳輸
支持總線掛載多設備（一主多從）
支持多主機模型，主或從操作
支持DMA
可配置8位/16位數據幀
時鐘頻率：f（PCLK）/(2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256)
兼容I2S協議等

電路連接

所有SPI設備的SCK、MOSI、MISO、分別連接在一起。
主機另外引出多條SS控制線，分別接到各從機的SS引腳，需要找誰通信就置誰的SS為低電平，同一時間主機只能選擇一個從機。
輸出引腳配置為推挽輸出，輸入引腳配置為浮空或上拉輸入。
所有設備需要共地。

?SPI移位示意圖

?SPI時序

起始條件：SS從高電平切換到地點哦

終止條件：SS從低電平切換到高電平

SPI模式

SPI有四種模式通過CPOL時鐘極性和CPHA時鐘相位來定義

CPOL=0，表示當SCLK=0時處于空閑態，所以有效狀態就是SCLK處于高電平時
CPOL=1，表示當SCLK=1時處于空閑態，所以有效狀態就是SCLK處于低電平時

CPHA=0，在時鐘的第一個跳變沿（上升沿或下降沿）進行數據采樣。在第2個邊沿發送數據
CPHA=1，在時鐘的第二個跳變沿（上升沿或下降沿）進行數據采樣。在第1個邊沿發送數據

?軟件SPI設置時序單元

數據采樣==移入數據

模式0

模式1

模式2

模式3

軟件SPI代碼

以模式0為例，只需對相位和極性修改即可得到其他模式


//SPI寫SS引腳電平
void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);//根據BitValue，設置SS引腳的電平
}//SPI寫SCK引腳電平
void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue);//根據BitValue，設置SCK引腳的電平
}//SPI寫MOSI引腳電平
void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue);		//根據BitValue，設置MOSI引腳的電平，BitValue要實現非0即1的特性
}//SPI讀MISO引腳電平
uint8_t MySPI_R_MISO(void)
{return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6);			//讀取MISO電平并返回
}//SPI初始化
void MySPI_Init(void)
{/*開啟時鐘*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//開啟GPIOA的時鐘/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;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);			//將PA4、PA5和PA7引腳初始化為推挽輸出GPIO_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);					//將PA6引腳初始化為上拉輸入/*設置默認電平*/MySPI_W_SS(1);											//SS默認高電平MySPI_W_SCK(0);											//SCK默認低電平
}//SPI起始
void MySPI_Start(void)
{MySPI_W_SS(0);				//拉低SS，開始時序
}//SPI終止
void MySPI_Stop(void)
{MySPI_W_SS(1);				//拉高SS，終止時序
}//SPI交換傳輸一個字節，使用SPI模式0
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{uint8_t i, ByteReceive = 0x00;		            //定義接收的數據，并賦初值0x00，此處必須賦初值0x00，后面會用到for (i = 0; i < 8; i ++)						//循環8次，依次交換每一位數據{MySPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80 >> i));		//使用掩碼的方式取出ByteSend的指定一位數據并寫入到MOSI線MySPI_W_SCK(1);								//拉高SCK，上升沿移出數據if (MySPI_R_MISO() == 1){ByteReceive |= (0x80 >> i);}	//讀取MISO數據，并存儲到Byte變量//當MISO為1時，置變量指定位為1，當MISO為0時，不做處理，指定位為默認的初值0MySPI_W_SCK(0);								//拉低SCK，下降沿移入數據}return ByteReceive;								//返回接收到的一個字節數據//	for(i=0;i<8;i++)
//	{
//		MySPI_W_MOSI(ByteSend & 0x80);
//		ByteSend<<=1;
//		MySPI_W_SCK(1);
//		if(MySPI_R_MISO()==1){ByteSend|=0x01;}
//		MySPI_W_SCK(0);
//	}
//	 return ByteSend;
}

硬件SPI

SPI采用高位先行的模式

SPI框圖

數據寄存器DR分為TDR和RDR

1.當需要發送數據時，第一個數據寫入TDR,當移位寄存器沒有數據進行移位時，TDR數據會立刻轉入移位寄存器開始移位。

轉入時刻會置狀態寄存器的TXE位1，表示發送寄存器空，當檢查TXE為1后，下一個數據便可寫入TDR等候。

2.移位寄存器檢測到有數據也會自動產生時鐘將數據移出，在移出的過程中MISO的數據也會移入。

3.一旦數據移出完成，數據移入也完成了，這是移位寄存器就會將數據整體轉出到RDR，

這時會置狀態寄存器RXNE為1，表示接收寄存器非空。當檢測到RXNE為1就需在下一個數據到來之前將數據讀出來，不然數據會被覆蓋。

SPI時序框圖

連續傳輸

模式三

非連續傳輸?

硬件SPI代碼

?

#include "stm32f10x.h"                  // Device header//SPI寫SS引腳電平，SS仍由軟件模擬
void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);//根據BitValue，設置SS引腳的電平
}//SPI初始化
void MySPI_Init(void)
{/*開啟時鐘*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//開啟GPIOA的時鐘RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);	//開啟SPI1的時鐘/*GPIO初始化*/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);					//將PA4引腳初始化為推挽輸出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);				//將PA5和PA7引腳初始化為復用推挽輸出GPIO_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);					//將PA6引腳初始化為上拉輸入/*SPI初始化*/SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;						//定義結構體變量SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;			//模式，選擇為SPI主模式SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;	//方向，選擇2線全雙工SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;		//數據寬度，選擇為8位SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;		//先行位，選擇高位先行SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_128;	//波特率分頻，選擇128分頻SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;				//SPI極性，選擇低極性SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;			//SPI相位，選擇第一個時鐘邊沿采樣，極性和相位決定選擇SPI模式0SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;				//NSS，選擇由軟件控制SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;			//CRC多項式，暫時用不到，給默認值7SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);				//將結構體變量交給SPI_Init，配置SPI1/*SPI使能*/SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);									//使能SPI1，開始運行/*設置默認電平*/MySPI_W_SS(1);											//SS默認高電平
}//SPI起始
void MySPI_Start(void)
{MySPI_W_SS(0);				//拉低SS，開始時序
}//SPI終止
void MySPI_Stop(void)
{MySPI_W_SS(1);				//拉高SS，終止時序
}//SPI交換傳輸一個字節，使用SPI模式0
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET);	//等待發送數據寄存器空SPI_I2S_SendData(SPI1, ByteSend);				//寫入數據到發送數據寄存器，開始產生時序while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) != SET);//等待接收數據寄存器非空return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);							//讀取接收到的數據并返回
}