stm32之SPI

SPI通信

SPI（Serial Peripheral Interface）是由Motorola公司开发的一种通用数据总线
四根通信线：SCK（Serial Clock）、MOSI（Master Output Slave Input）、MISO（Master Input Slave Output）、SS（Slave Select）
同步，全双工
支持总线挂载多设备（一主多从）

硬件电路

所有SPI设备的SCK、MOSI、MISO分别连在一起
主机另外引出多条SS控制线，分别接到各从机的SS引脚
输出引脚配置为推挽输出，输入引脚配置为浮空或上拉输入

移位示意图

SPI时序基本单元

起始条件：SS从高电平切换到低电平
终止条件：SS从低电平切换到高电平
交换一个字节（模式0）
CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平
CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据 ==移入数据意思是主机和从机进行数据采样，移出数据理解为将数据移到数据线上。==
交换一个字节（模式1）
CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平
CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据
交换一个字节（模式2）
CPOL=1：空闲状态时，SCK为高电平
CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据
交换一个字节（模式3）
CPOL=1：空闲状态时，SCK为高电平
CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

SPI时序

发送指令
向SS指定的设备，发送指令（0x06）
指定地址写
向SS指定的设备，发送写指令（0x02），随后在指定地址（Address $23:0$ ）下，写入指定数据（Data）
指定地址读
向SS指定的设备，发送读指令（0x03），随后在指定地址（Address $23:0$ ）下，读取从机数据（Data）

SPI外设简介

STM32内部集成了硬件SPI收发电路，可以由硬件自动执行时钟生成、数据收发等功能，减轻CPU的负担
可配置8位/16位数据帧、高位先行/低位先行
时钟频率： fPCLK / (2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256)
支持多主机模型、主或从操作
可精简为半双工/单工通信
支持DMA
兼容I2S协议
STM32F103C8T6 硬件SPI资源：SPI1、SPI2

SPI框图

STM32的硬件SPI模块内置了一个可编程波特率发生器，用于控制SCK时钟线的频率。其核心机制如下：

1. 波特率发生器原理

时钟源 ：来自APB总线时钟（APB1或APB2，取决于SPI实例）。

分频器 ：通过SPI_CR1寄存器的BR[2:0]位（即BaudRatePrescaler）配置分频系数。

计算公式 ：

SCK 频率=APB 时钟2(BR $2:0$ +1)SCK 频率=2(BR $2:0$ +1)APB 时钟
其中 BR[2:0] 取值范围为 0b000~0b111（对应分频系数2~256）。

2. 关键寄存器（以SPI1为例）

寄存器 位域功能

SPI_CR1 BR[2:0] 波特率预分频设置（见下表）

SPI_CR2 DS[3:0] 数据位数（需与波特率协调）

预分频系数对照表：

BR[2:0] 分频值 SCK频率（APB=72MHz时）

000 2 36 MHz

001 4 18 MHz

010 8 9 MHz

011 16 4.5 MHz

100 32 2.25 MHz

101 64 1.125 MHz

110 128 562.5 kHz

111 256 281.25 kHz

3. 配置示例（HAL库）

c
复制代码
hspi1.Instance = SPI1;
hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_8; // BR[2:0]=010 (8分频)
HAL_SPI_Init(&hspi1);
等效寄存器操作：

c
复制代码
SPI1->CR1 |= (0b010 << 3); // 设置BR[2:0]=010
4. 时钟树关联

SPI1/SPI4：挂载在APB2总线（通常频率较高，如72MHz）。

SPI2/SPI3：挂载在APB1总线（通常频率较低，如36MHz）。

mermaid
复制代码
graph LR
    A[系统时钟] --> B[APB2 Prescaler]
    B -->|72MHz| C[SPI1]
    A --> D[APB1 Prescaler]
    D -->|36MHz| E[SPI2]
5. 波特率极限

条件 最大SCK频率

APB2=72MHz, BR=2 36 MHz

APB1=36MHz, BR=2 18 MHz

实际器件支持（如W25Q128）通常≤25MHz（需看手册）

6. 注意事项

从设备兼容性：SCK频率不得超过从设备的最大时钟频率（如Flash芯片可能限制在10MHz）。

噪声抑制：高频时需缩短走线长度，必要时加终端电阻。

低功耗模式：在睡眠模式下，APB时钟可能关闭，需重新初始化SPI。