STM32U575RIT6（SPI+数码管+LED）

佳児素花痴╮2026-09-03 9:40

1.SPI总线

简单介绍

SPI接口是Motorola首先提出的全双工三/四线同步串行外围接口，采用主从模式（Master Slave）架构。时钟由Master控制，在时钟移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后（MSB first）；SPI接口有两根单向数据线，为全双工通信。SPI总线被广泛地使用在FLASH、ADC、LCD等设备与MCU间，要求通讯速率较高的场合。

SPI总线的拓扑结构

SPI总线通常会有四根线，分别是时钟线、串行输入输出数据线、片选线。

1.SCLK：时钟线，时钟信号由主机产生

2.MOSI：主机输出，从机输入

3.MISO：主机输入，从机输出

4.NSS：片选线，选择和主机通信的从机，低电平有效

三线的使用场景：在引脚资源受限的情况下

单工：只保留一根单向的数据线

半双工：保留一根双向的数据线

SPI的字节交换原理

主机产生时钟信号并且输送给从机。在SPI通信前，主机将要发送的数据写入到发送数据寄存器/数据FIFO，数据被传送到发送移位寄存器，根据SPI的工作模式，在特定的时钟边沿触发数据移位操作。主机通过MOSI引脚将移位寄存器中的数据位逐位发送给从机，同时从机通过MISO引脚将自身的数据逐位发送给主机，实现主机与从机之间的字节交换。

  • 字节交换原理基于位进行交换的。
  • 位交换分为了两部分：移入和移除。
  • 移出：把当前移位寄存器的最高位写到信号线上，然后整体向左移动一位。
  • 移入（采样）：读取信号线上的电平状态，然后把读取到的电平状态放到移位寄存器的最低位。
  • 移入和移出是主机和从机同时进行的，按照时钟线约定好的上升沿和下降沿。

SPI的工作模式

SPI的工作模式由时钟极性（CPOL）以及时钟相位（CPHA）共同决定，将SPI分为四种工作模式。主机需要和从机在相同的模式下才能进行工作，主机要按照从机支持的模式去配置。

采样为字节交换原理中的移入操作

1.当CPOL = 0，CPHA = 0；

空闲状态，时钟线为低电平

数据在奇数边沿被采样。上降沿被采样，下升沿数据发生变化

2.当CPOL = 1，CPHA = 0；

空闲状态，时钟线为高电平

数据在奇数边沿被采样。下降沿被采样，上升沿数据发生变化

3.当CPOL = 0，CPHA = 1；

空闲状态，时钟线为低电平

数据在偶数边沿进行采样。下降沿被采样，上升沿数据发生变化

4.当CPOL = 1，CPHA = 1；

空闲状态，时钟线为高电平

数据在偶数边沿进行采样。上升沿被采样，下降沿数据发生变化

2.数码管

简单介绍

LED数码管（LED Segment Displays）是由8个发光二极管构成，并按照一定的图形及排列封装在一起的显示器件。其中7个LED构成7笔字形，1个LED构成小数点（有时称为八段数码管）。

LED数码管有两大类，一类是共阴极接法，另一类是共阳极接法，共阴极就是7段的显示字码共用一个电源的负极，是高电平点亮，共阳极就是7段的显示字码共用一个电源的正极，是低电平点亮。

74HC595

简单介绍

74HC595

开发板上的595芯片

在我们开发板数码管的旁边，有两个级联的595芯片

实物图 芯片原理图

原理图分析

总结：一个输入，多个输出，一脚控多脚，串行转并行

数码管的连接显示

我们本次所使用的是一款四段共阴极八位数码管，每个数码管的使能相对独立，各个数码管使用对应的三极管（NPN）进行使能控制。

由于数码管所需的管脚较多，我们使用SPI总线74HC595芯片实现对数码管的控制。

SPI2_SCK:PB13

SPI2_MOSI:PB15

SPI2_NSS:PB12 output

SPI2_MISO: 不关心

MX配置

这里注意，主机按照从机的模式配置

595的工作模式：空闲为低电平，偶数边沿移除，奇数边沿移入

函数接口

cpp 复制代码 
HAL_SPI_Transmit (SPI_HandleTypeDef * hspi, const uint8_t * pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)
功能：以阻塞的形式发送一定量的数据
参数：句柄
      发送的数据
      发送的数据的大小
      超时检测
返回值：不关心

HAL_SPI_Receive (SPI_HandleTypeDef * hspi, uint8_t * pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)
功能：以阻塞的形式接收一定量的数据
参数：句柄
      接收的数据存放的位置
      数据的大小
      超时检测
返回值：不关心

函数编写

如果出现乱码，说明通信速率还是太快

硬件的SPI

cpp 复制代码 
/* USER CODE BEGIN 0 */
//定义一个保存了所有数字显示状态的数组
const uint8_t number[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //数字显示

//定义一个用于保存想要显示的数字的变量
volatile uint16_t show_number = 0x1234;	//使用volatile使变量不被优化，每次都刷新读取

//数码管显示函数
void led_dispaly()
{
	uint8_t which_where_data[2] = {0x00, 0x00};		//创建一个用于保存段选与位选的数组
	
	//使用switch进行判断，由于一次只能点亮一个，需要引入一个变量进行自增，循环对应各数码管
	static uint8_t choose = 0;		//用于位循环
	
	switch(choose)
	{
		case 0:
			which_where_data[0] = 0x08;	//1-4位顺序为 0x01	0x02	0x04	0x08
			which_where_data[1] = number[show_number & 0x000F];	//将想要显示的数字与之相&，就相当于盖上了其他位
		
			//SPI传输函数，参数为使用的SPI通道、要传输的数据、数据长度、超时时间
			HAL_SPI_Transmit(&hspi2,which_where_data,2,10);
		
			//进行锁存操作，等效于写入一高一低电平
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);
			HAL_Delay(1);
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);
		
			choose++;	//移动至下一位
		break;
		case 1:
			which_where_data[0] = 0x04;	//1-4位顺序为 0x01	0x02	0x04	0x08
			which_where_data[1] = number[show_number>>4 & 0x000F];	// >>4	取第三位

			//SPI传输函数，参数为使用的SPI通道、要传输的数据、数据长度、超时时间
			HAL_SPI_Transmit(&hspi2,which_where_data,2,10);
			//进行锁存操作，等效于写入一高一低电平
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);
			HAL_Delay(1);
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);
			choose++;	//移动至下一位
		break;
		case 2:
			which_where_data[0] = 0x02;	//1-4位顺序为 0x01	0x02	0x04	0x08
			which_where_data[1] = number[show_number>>8 & 0x000F];
			//SPI传输函数，参数为使用的SPI通道、要传输的数据、数据长度、超时时间
			HAL_SPI_Transmit(&hspi2,which_where_data,2,10);		
			//进行锁存操作，等效于写入一高一低电平
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);
			HAL_Delay(1);
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);
		
			choose++;	//移动至下一位
		break;
		case 3:
			which_where_data[0] = 0x01;//1-4位顺序为 0x01	0x02	0x04	0x08
		which_where_data[1] = number[show_number>>12 & 0x000F];	
			//SPI传输函数，参数为使用的SPI通道、要传输的数据、数据长度、超时时间
			HAL_SPI_Transmit(&hspi2,which_where_data,2,10);	
			//进行锁存操作，等效于写入一高一低电平
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);
			HAL_Delay(1);
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);
			choose = 0;	//移动循环
		break;
	}	
}
/* USER CODE END 0 */

封装函数接口

cpp 复制代码 
/* USER CODE BEGIN 0 */
//定义一个保存了所有数字显示状态的数组
const uint8_t number[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //数字显示

//数码管显示函数
void led_dispaly(uint8_t wei,uint8_t num)
{
			uint8_t which_where_data[2] = {0x00, 0x00};		//创建一个用于保存段选与位选的数组
			which_where_data[0] = wei;
			which_where_data[1] = number[num];
			HAL_SPI_Transmit(&hspi2,which_where_data,2,10);
	
			//进行锁存操作，等效于写入一高一低电平
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);
			HAL_Delay(1);
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);
}
/* USER CODE END 0 */

软件SPI


cpp 复制代码 
/* USER CODE BEGIN 0 */
void led_dispaly (uint8_t Bit,uint8_t Seg)//0x01  0x66  第一个管写4
{
		//将片选线拉成低电平，表示通信的开始
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, SPI2_NSS_Pin, 0);
		int i=0;
		for(i=0;i<8;i++)
		{
			//使用GPIO模拟时钟信号的下降沿
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,SPI2_SCK_Pin,GPIO_PIN_RESET);
			//循环八次，通过三目运算符输出段选传递进来的参数，1就是1，0就是0
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, SPI2_MOSI_Pin, (Bit & 0x80) ? 1 : 0);
			//使用GPIO模拟时钟信号的上升沿
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,SPI2_SCK_Pin,GPIO_PIN_SET);
			//移位操作，输出后面的一位
			Bit<<=1;  
			HAL_Delay(1);
		}	
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,SPI2_SCK_Pin,GPIO_PIN_RESET);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, SPI2_MOSI_Pin, (Seg & 0x80) ? 1 : 0);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,SPI2_SCK_Pin,GPIO_PIN_SET);
	  Seg<<=1;
		HAL_Delay(1);
	}		
 
        HAL_Delay(1);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, SPI2_NSS_Pin, 1);
}
/* USER CODE END 0 */

3.LCD

原理

三基色：红色、绿色、蓝色

RGB565

屏幕的介绍


ILI9341（显示驱动芯片）

ILI9341是一个支持分辨率为240RGBx320点阵的a-TFT LCD的262144（2^18）色单片机驱动器。这个单片机驱动器包含了一个720通道的源极驱动器（source driver），一个320通道的栅极驱动器（gate driver），172800字节的GRAM用于显示240RGB x 320分辨率的图片，一套电源支持电路。

ILI9341提供8位/9位16位/18位的并行MCU数据总线，6位/16位/18位RGB接口数据总线以及3或4线SPI接口（serial peripheral interface）。通过窗口地址函数，显示区域被指定在GRAM内。这个指定的窗口区域可以被有选择地更新，因此显示区域能够同时被显示在静态图像的区域。

ILI9341的IO接口电压工作于1.65V-3.3V。一种合并的电压跟随电路，用以产生驱动液晶显示器的电压电平。ILI9341支持full color，8-color显示模式，支持由软件控制的精确电源睡眠模式。这些功能使ILI9341成为类似于移动电话、小电话、MP3等需要电池长效工作的中等或小尺寸便携产品的理想驱动器。

原理图

cpp 复制代码 
SPI1_NSS   PA4
SPI1_MISO  PA6
SPI1_MOSI  PA7
SPI1_SCK   PA5

LCD_RST    PA8     屏幕的复位引脚  将所有的颜色设置为初始状态  GPIO_Output

图片的显示实验

MX配置

1.打开SPI1

2.打开复位引脚

3.调整时钟频率

4.调整输出速度

驱动代码的移植

1.驱动代码移植

2.新建一个分组

3.添加好之后编译出现10个错误

4.添加宏定义

cpp 复制代码 
#define LCD_DCX_GPIO_Port GPIOA
#define LCD_DCX_Pin GPIO_PIN_4
#define LCD_RST_GPIO_Port GPIOA
#define LCD_RST_Pin GPIO_PIN_8

5.修改驱动文件

6.注释掉整个函数

7.引用头文件

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