STM32的SPI接口详解

1.SPI简介

2.SPI工作原理

3.SPI时序

[3.1 CPOL（Clock Polarity，时钟极性）：](#3.1 CPOL（Clock Polarity，时钟极性）：)

[3.2 CPHA（Clock Phase，时钟相位）：](#3.2 CPHA（Clock Phase，时钟相位）：)

[3.3 四种工作模式](#3.3 四种工作模式)

1.SPI简介

STM32 的**SPI（Serial Peripheral Interface）**是一个串行外设接口，它允许STM32微控制器与其他设备（如传感器、存储器等）进行高速、全双工、同步的串行通信。通常包含SCK（串行时钟）、MOSI（主设备输出/从设备输入）、MISO（主设备输入/从设备输出）和NSS（片选信号）这4条线，支持多个从设备连接到一个主设备上。

2.SPI工作原理

MISO 主设备数据输入，从设备数据输出。
MOSI 主设备数据输出，从设备数据输入。
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。

主机和从机都存在一个移位寄存器 ，主机将要传输的数据保存到移位寄存器上，然后通过MOSI发送到从机的移位寄存器上，从机同时也将自己移位寄存器保存的数据通过MISO发送到主机的移位寄存器中，这样就完成了一次主机和从机的数据交换**，如果是进行写操作，主机只要无视从机返回的数据就可以了，如果是进行读操作，那么主机就要发送对应字节的空字节来推动从机的数据传输**。

3.SPI时序

SPI通过CS片选设备以后开启数据传输，数据传输根据主机CPHA（Clock Phase，时钟相位）和CPOL（Clock Polarity，时钟极性）配置的不同衍生出了不同的工作模式。

3.1 CPOL（Clock Polarity，时钟极性）：

CPOL决定了SPI通信中空闲状态的时钟电平。

当CPOL=0时 ，空闲状态下SCK（Serial Clock，串行时钟）为低电平。
当CPOL=1时，空闲状态下SCK为高电平。

3.2 CPHA（Clock Phase，时钟相位）：

CPHA决定了数据是在SCK的第一个边沿还是第二个边沿被采样。

当CPHA=0时 ，数据在SCK的第一个边沿被采样（对于MOSI是上升沿，对于MISO可能是下降沿，取决于具体实现）。
当CPHA=1时，数据在SCK的第二个边沿被采样（对于MOSI是下降沿，对于MISO可能是上升沿）。

CPHA的选择影响数据传输的时序和稳定性。

3.3 四种工作模式

通过CPOL和CPHA的不同值组合，可以实现SPI的四种模式：

模式1 (CPOL=0, CPHA=0)：空闲时SCK为低电平，数据在SCK的第一个上升沿被主设备发送，并在第一个下降沿被从设备接收。
模式2 (CPOL=0, CPHA=1)：空闲时SCK为低电平，数据在SCK的第二个上升沿被采样。
模式3 (CPOL=1, CPHA=0)：空闲时SCK为高电平，数据在SCK的第一个下降沿被主设备发送，并在第一个上升沿被从设备接收。
模式4(CPOL=1, CPHA=1)：空闲时SCK为高电平，数据在SCK的第二个下降沿被采样。

4.相关代码

本文基于STM32F429的HAL库为例讲解一下相关代码。

4.1使能片选信号

cpp 复制代码

#define	W25QXX_CS 		PFout(6)  		//W25QXX的片选信号


GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
    
 __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();           //使能GPIOF时钟
    
//PF6
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_6;            //PF6
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  //推挽输出
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;          //上拉
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST;     //快速         
HAL_GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_Initure);     //初始化
    
W25QXX_CS=1;			                //SPI 不选中

使能GPIO_PF6为SPI的**片选信号，**默认拉高不选中。

4.2使能通讯线

cpp 复制代码

 GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
    
 __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();       //使能GPIOF时钟
 __HAL_RCC_SPI5_CLK_ENABLE();        //使能SPI5时钟
    
 //PF7,8,9
 GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9;
 GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;              //复用推挽输出
 GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;                  //上拉
 GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST;             //快速            
 GPIO_Initure.Alternate=GPIO_AF5_SPI5;           //复用为SPI5
 HAL_GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_Initure);

使能SPI5，GPIO_F7/F8/F9推挽输出，默认上拉，快速，复用为SPI5。

4.3初始化SPI

cpp 复制代码

void SPI5_Init(void)
{
    SPI5_Handler.Instance=SPI5;                         //SP5
    SPI5_Handler.Init.Mode=SPI_MODE_MASTER;             //设置SPI工作模式，设置为主模式
    SPI5_Handler.Init.Direction=SPI_DIRECTION_2LINES;   //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线模式
    SPI5_Handler.Init.DataSize=SPI_DATASIZE_8BIT;       //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
    SPI5_Handler.Init.CLKPolarity=SPI_POLARITY_HIGH;    //串行同步时钟的空闲状态为高电平
    SPI5_Handler.Init.CLKPhase=SPI_PHASE_2EDGE;         //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
    SPI5_Handler.Init.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
    SPI5_Handler.Init.BaudRatePrescaler=SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;//定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
    SPI5_Handler.Init.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
    SPI5_Handler.Init.TIMode=SPI_TIMODE_DISABLE;        //关闭TI模式
    SPI5_Handler.Init.CRCCalculation=SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//关闭硬件CRC校验
    SPI5_Handler.Init.CRCPolynomial=7;                  //CRC值计算的多项式
    HAL_SPI_Init(&SPI5_Handler);//初始化
    
    __HAL_SPI_ENABLE(&SPI5_Handler);                    //使能SPI5
	
    SPI5_ReadWriteByte(0Xff);                           //启动传输
}

设置SPI为主机工作模式，双线模式，空闲状态为高电平，数据为8位帧结构，二个跳变沿（上升或下降）数据被采样，片选信号由软件控制，数据传输从MSB位开始，关闭硬件CRC校验，最后启动传输。

我们把 SPI5 的频率设置成了最低的256 分频，后面我们可以随时通过函数SPI5_SetSpeed 来设置 SPI5 的速度。

4.4设置SPI速度

cpp 复制代码

void SPI5_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{
    assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));//判断有效性
    __HAL_SPI_DISABLE(&SPI5_Handler);            //关闭SPI
    SPI5_Handler.Instance->CR1&=0XFFC7;          //位3-5清零，用来设置波特率
    SPI5_Handler.Instance->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler;//设置SPI速度
    __HAL_SPI_ENABLE(&SPI5_Handler);             //使能SPI
    
}

SPI_BaudRatePrescaler可以设置 2/4/8/16/32/64/128/256分频，例如STM32F429的APB1为90MHz，设置2分频就是45MHz。

4.5读写数据

cpp 复制代码

void read(){

    W25QXX_CS=0;//拉低片选信号      
    SPI5_ReadWriteByte(0XFF);
    W25QXX_CS=1; //拉高片选信号      
}

u8 SPI5_ReadWriteByte(u8 TxData)
{
    u8 Rxdata;
    HAL_SPI_TransmitReceive(&SPI5_Handler,&TxData,&Rxdata,1, 1000);       
 	return Rxdata;          		    //返回收到的数据		
}

读写数据都是用SPI5_ReadWriteByte这个函数，不同的是，如果是写入数据，不用管接收到的从机数据是什么，如果是读取数据，则可以发送0XFF，读取从机返回的对应数据。