06-标准库开发-STM32-SPI通信协议软件实现

八、SPI协议在STM32中的软件实现

8.1 SPI协议简介

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是由Motorola公司开发的一种同步串行数据通信总线。它主要用于微控制器与外设之间的短距离通信，如传感器、显示屏、存储器模块等。SPI具有高速、全双工通信的特点，支持一主多从的架构。

8.2 SPI通信特点

同步通信：使用主设备产生的时钟信号（SCK）来同步数据传输。
全双工通信：数据在两个方向上通过两条独立的线（MOSI和MISO）进行传输，可以实现高速通信。
一主多从架构：支持一个主设备控制多个从设备，通过选择特定的从设备来进行通信。

8.3 SPI与I2C对比

I2C：适合多设备通信、低功耗和长距离应用场景，如传感器网络、低速外围设备等。其复杂的协议结构使其在多设备通信时具有优势，但在高速通信场景下，SPI更为适合。
SPI：适合需要高速、全双工通信的应用场景，适合短距离、高速的数据传输，如存储器模块、显示屏等。虽然它需要更多的通信线和额外的SS线来选择从设备，但其简单性和高速性能使其在实时和高吞吐量应用中表现突出。

8.4 SPI协议的关键要素

SCK（时钟信号）：主机产生时钟信号，用于通讯的同步。它决定了通讯的速率，两个设备进行通讯时，通讯速率会受限于低速设备。
MOSI：主机的数据从MOSI线输出后，从机从MOSI线读入数据，此时的通讯方向为从主机到从机。
MISO：从机的数据从MISO线输出后，主机从MISO线读入数据，此时的通讯方向为从从机到主机。
SS（从设备选择）：每个从机都有一条单独的SS线与主机相连。当主机要选中某台从机进行通讯时，需要发送低电平信号给从机的SS，从机的片选信号有效，即从机被选中，接着主机开始与从机进行SPI通讯。当SS信号为高电平时，从机片选信号为禁止，此时通讯结束。
时钟极性CPOL和时钟相位CPHA ：
- CPOL：控制时钟信号在空闲状态下的电平。CPOL=0时，空闲状态下SCLK为低电平；CPOL=1时，空闲状态下SCLK为高电平。
- CPHA：控制数据采样的触发方式。CPHA=0时，数据采样发生在时钟信号的奇数边沿；CPHA=1时，数据采样发生在时钟信号的偶数边沿。

8.5 STM32中SPI的软件实现步骤

选择合适的GPIO引脚模拟SPI接口：
- 根据应用需求，选择合适的GPIO引脚来模拟SPI的SCK、MOSI、MISO和SS信号。
初始化GPIO引脚：
- 配置GPIO引脚为输出模式（推挽输出）或输入模式（浮空或上拉输入），并设置相应的速度和引脚号。
实现SPI数据的发送和接收功能：
- 编写发送函数，通过控制SCK信号和MOSI信号来发送数据。
- 编写接收函数，通过控制SCK信号和读取MISO信号来接收数据。

8.6 示例代码

我们可以通过时序图编写相应的代码

以下是软件实现SPI协议的4种不同模式的时序图

模式0：

模式1：

模式2:

模式3：

代码详情：

c 复制代码

#include "MySPI.h"

void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_4,(BitAction)BitValue);
}
void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_5,(BitAction)BitValue);
}
void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_7,(BitAction)BitValue);
}

uint8_t MySPI_R_MISO(void)
{
	return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_6);
}

void MySPI_Start(void)
{
	MySPI_W_SS(0);
}

void MySPI_Stop(void)
{
	MySPI_W_SS(1);
}

void MySPI_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	MySPI_W_SS(1);
	MySPI_W_SCK(0);
}

uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{
	uint8_t i;
	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;
}