STM32--SPI通信讲解

前言

嘿，小伙伴们！今天咱们来聊聊STM32的SPI通信。SPI（Serial Peripheral Interface）是一种超常用的串行通信协议，特别适合微控制器和各种外设（比如传感器、存储器、显示屏）之间的通信。如果你是新手，可能会觉得有点儿懵，别担心！我这就带你一步步搞懂SPI通信，保证让你轻松上手，快速搞定项目需求！准备好了吗？Let's go！

1. SPI通信基础

1.1 SPI是什么？

SPI是一种同步串行通信协议，主要用于微控制器和外设之间的通信。它通过一组信号线实现数据的传输，包括：

SCLK（时钟线）：由主设备提供时钟信号，控制数据传输的速率。
MOSI（主设备数据输出，从设备数据输入）：主设备通过这条线向从设备发送数据。
MISO（主设备数据输入，从设备数据输出）：从设备通过这条线向主设备发送数据。
CS（片选线）：用于选择当前通信的从设备。一个主设备可以连接多个从设备，通过片选线来区分。

1.2 SPI通信的特点

高速通信：SPI支持较高的通信速率，适合需要快速数据传输的场景。
全双工通信：主设备和从设备可以同时发送和接收数据。
简单易用：协议相对简单，容易理解和实现。
多设备支持：通过片选线，可以连接多个从设备，实现多设备通信。

1.3 SPI通信的模式

SPI有四种通信模式（Mode 0、Mode 1、Mode 2、Mode 3），这些模式由时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）决定。具体来说：

CPOL：时钟极性，决定时钟信号的初始状态（高电平或低电平）。
CPHA：时钟相位，决定数据采样的时刻（时钟的第一个边沿或第二个边沿）。

模式	CPOL	CPHA
Mode 0	0	0
Mode 1	0	1
Mode 2	1	0
Mode 3	1	1

2. STM32的SPI外设

STM32微控制器提供了多个SPI外设，每个外设都支持标准的SPI通信协议。这些SPI外设可以配置为主设备或从设备，支持多种通信模式和速率。

2.1 初始化SPI外设

在使用STM32的SPI外设之前，需要对其进行初始化，包括时钟配置、主从模式配置、数据格式配置等。

示例代码

#include "stm32f10x.h"

void SPI_Init(void) {
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    // 1. 使能SPI和GPIO时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);

    // 2. 配置SPI引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 3. 配置SPI参数
    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2;
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

    // 4. 使能SPI
    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}

2.2 数据传输

SPI数据传输通过SPI发送和接收函数实现。以下是发送和接收数据的代码示例：

发送数据

void SPI_SendData(uint8_t data) {
    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
    SPI_I2S_SendData(SPI1, data);
}

接收数据

uint8_t SPI_ReceiveData(void) {
    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);
    return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}

3. SPI通信的实现

3.1 主设备与从设备通信

SPI通信中，主设备负责提供时钟信号，从设备根据时钟信号进行数据传输。以下是主设备发送数据并接收从设备响应的示例代码：

示例代码

int main(void) {
    uint8_t data_to_send = 0x55; // 要发送的数据
    uint8_t received_data;

    // 初始化SPI外设
    SPI_Init();

    while(1) {
        // 发送数据
        SPI_SendData(data_to_send);

        // 接收数据
        received_data = SPI_ReceiveData();

        // 打印接收到的数据
        printf("Received Data: 0x%X\r\n", received_data);

        // 延时
        delay_ms(1000);
    }
}

3.2 多设备通信

通过片选线（CS），可以连接多个从设备。主设备通过拉低对应的CS引脚来选择当前通信的从设备。

示例代码

void SPI_SelectDevice(uint8_t device) {
    if (device == 0) {
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 选择设备0
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);  // 取消选择设备1
    } else {
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);  // 取消选择设备0
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1); // 选择设备1
    }
}

4. 常见问题与调试技巧

4.1 常见问题

通信失败：检查SPI引脚连接是否正确，时钟配置是否匹配外设要求。
数据错误：检查数据格式配置是否正确，如数据位宽、传输顺序等。
时钟冲突：确保SPI时钟速率在外设支持的范围内。

4.2 调试技巧

使用逻辑分析仪：观察SPI信号线上的波形，检查时钟、数据和片选信号是否正常。
打印调试信息：通过串口打印调试信息，检查数据发送和接收是否正确。
逐步调试：逐步检查SPI外设的配置和数据传输过程，确保每个步骤都正确无误。

5. 总结

通过本文的介绍，你已经掌握了STM32的SPI通信基础，包括SPI协议的基本概念、STM32的SPI外设初始化、数据传输以及多设备通信。希望这些内容能帮助你在嵌入式开发中更好地使用SPI通信。如果你有任何问题或需要进一步的帮助，欢迎随时交流！下次见，拜拜！