13.STM32F40x SPI协议内容接收及代码配置

一、SPI协议内容

      SPI是英语Serial Peripheralinterface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。

      SPI是一种高速的、全双工的、同步、串行通信总线，并且在芯片的引脚上只占用四根线。主要应用于EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器（之间的通信）等等。

四线制SPI：（全双工）

       MOSI：串行数据输出，主机输出，从机输入。

       MISO：串行数据输入，主机输入，从机输出。

       SCLK： 时钟信号，由主设备产生。

       CS：   从设备片选信号，由主设备控制。   通过CS拉低可以选中器件

       串行的特点：可以同时发出和接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。抗干扰能力强、成本低、占用空间小。

SPI内部简明图：

      由SPI内部简明图可知：主机和从机都有一个串行移位寄存器，主机通过向它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。寄存器通过MOSI信号线将字节传送给从机，从机也将自己的移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机。这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。

二、SPI时序图

1.不同时钟相位下的总线数据传输时序如图：

      2. STM32F4的SPI功能很强大，SPI时钟最高可以到37.5Mhz，支持DMA，可以配置为SPI协议或者I2S协议（支持全双工I2S）。

三、SPI功能框图

    NSS：从器件选择（片选）

    SSI：0->禁止软件从器件管理，就是说不能用程序来选择从机，相当于SPI总线上只能挂载一个从器件。

           1->使能软件从器件管理，可以用代码来选择从器件，把NSS这个SPI的硬件引脚设置为普通IO使用，这个时候SPI总线可以外接多个从器件，只需要把从机的CS接口接不通IO即可。

四、STM32 SPI 相位时钟和时钟极性

SPI时序一共有四种模式

    （1）空闲状态SCLK为低电平，第一个时钟边沿采样数据。

            模式0：时钟线空闲为低电平，上升沿读取数据（CPOL = 0，CPHA = 0）

   （2）空闲状态SCLK为低电平，第二个时钟沿采样。

          模式1：时钟线空闲为低电平，下降沿读取数据（CPOL = 0，CPHA = 1）

     （3）空闲状态SCLK为高电平，第一个时钟沿采样。

模式2：时钟线空闲为高电平，下降沿读取数据（CPOL = 1 ，CPHA = 0）

（4）空闲状态SCLK为高电平，第二个时钟沿采样。

模式3：时钟线空闲为高电平，上升沿沿读取数据（CPOL = 1，CPHA = 1）

注意：模式0和模式3兼容（常用），模式1和模式2兼容。

五、配置SPI(注意：本文以STM32F405的SPI1为例)

（一）配置相关引脚的GPIO及复用功能，使能SPI1/GPIOB时钟

    （1）使能SPI1时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);  //使能SPI1时钟

 （2）使能GPIOB时钟

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);  // 使能GPIOB时钟

 （3）GPIO引脚初始化

//GPIO初始化SPI1_SCK-PB3  SPI1_MISO-PB4  SPI1_MOSI-PB5

GPIO_InitTypeDef GPIO_SPI1_Init;  //定义结构体变量
GPIO_SPI1_Init.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF;  //复用模式
GPIO_SPI1_Init.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;  //推挽输出
GPIO_SPI1_Init.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5 ;
GPIO_SPI1_Init.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_NOPULL;
GPIO_SPI1_Init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  //速度50MHz
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_SPI1_Init);

（4）复用PB3,PB4,PB5为SPI1

GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_SPI1);//PB3复用为SPI1
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource4,GPIO_AF_SPI1); //PB4复用为SPI1
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1); //PB5复用为SPI1

（二）初始化SPI1,设置SPI1工作模式等。

           SPI初始化函数 ：    

void SPI_Init(SPI_TypeDef* SPIx, SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct);

  SPI初始化结构体里面各个参数说明：

           第一个参数SPI_Direction：是用来设置SPI的通信方式，可以选择为半双工，全双工，以及串行发和串行收方式，这里我们选择全双工模式SPI_Direction_2Lines_FullDuplex。

第二个参数SPI_Mode用来设置SPI的主从模式，这里我们设置为主机模式SPI_Mode_Master，根据自己的需求也可以选择为从机模式SPI_Mode_Slave。

第三个参数SPI_DataSiz为8位还是16位帧格式选择项，这里我们是8位传输，选择SPI_DataSize_8b。

第四个参数SPI_CPOL用来设置时钟极性，我们设置串行同步时钟的空闲状态为高电平所以我们选择SPI_CPOL_High。

第五个参数SPI_CPHA用来设置时钟相位，也就是选择在串行同步时钟的第几个跳变沿（上升或下降）数据被采样，可以为第一个或者第二个条边沿采集，这里我们选择第二个跳变沿，所以选择SPI_CPHA_2Edge

第六个参数SPI_NSS设置NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件控制，这里我们通过软件控制NSS关键，而不是硬件自动控制，所以选择SPI_NSS_Soft。

第七个参数SPI_BaudRatePrescaler很关键，就是设置SPI波特率预分频值也就是决定SPI的时钟的参数，从2分频到256分频8个可选值，初始化的时候我们选择256分频值SPI_BaudRatePrescaler_256,传输速度为84M/256=328.125KHz。

第八个参数SPI_FirstBit设置数据传输顺序是MSB位在前还是LSB位在前，，这里我们选择SPI_FirstBit_MSB高位在前。

第九个参数SPI_CRCPolynomial是用来设置CRC校验多项式，提高通信可靠性，大于1即可。     

   以上为九个参数的介绍，下面是这九个参数的配置代码：

SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  //双线双向全双工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;  //主SPI 
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;  // 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; //第二个跳变沿数据被采样
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;  //NSS信号由软件控制
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;  //预分频256
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;  //数据传输从MSB位开始
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;  //CRC值计算的多项式
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);  //根据指定的参数初始化外设SPIx寄存器

（三）使能SPI1

SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);  //使能SPI1外设

（四）SPI传输数据

     通信接口当然需要有发送数据和接受数据的函数，固件库提供的发送数据函数原型为：

void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data);

（五）SPI接收数据函数              

uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx);

                                                      

（六）查看SPI传输状态         

SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE);

                        

六、SPI物理拓扑结构

      在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，在多个从器件的系统中，每个从器件需要独立的使能信号。结构图如下：

七、总结

   （1）spi1.c

void SPI1_Init(void){
GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;  //GPIO初始化结构体
SPI_InitTypeDef    SPI_InitStructure;   //SPI初始化结构体

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE); //使能GPIOB
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);//使能SPI1时钟

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5;//PB3~5
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化

GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_SPI1);//PB3复用为SPI1
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource4,GPIO_AF_SPI1); //PB4复用为SPI1
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1); //PB5复用为SPI1

SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  //设置SPI全双工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //设置SPI工作模式:主SPI
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //设置SPI的数据大小: 8位帧结构
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;//串行同步时钟的空闲状态
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;//数据捕获于第二个时钟沿
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS信号由软件管理
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //预分频256
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值计算的多项式
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);//根据指定的参数初始化外设SPIx寄存器

SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI1
}

（2）spi1.h

#ifndef _SPI1_H_
#define _SPI1_H_

#include "stm32f4xx.h"


void SPI1_Init(void);

#endif

   注意：本人所写的文章均用于 记录自己在学习嵌入式过程！！！