STM32-SPI资料整理
2024-05-29 18:11:02
目录
一、SPI的简介
1、SPI物理层
2、协议层
（1）SPI基本通讯时序
（2）起始信号与停止信号
（3）数据有效性
（4）SPI的4种通讯模式 （CPOL - 时钟极性 与 CPHA - 时钟相位）
二、 软件模拟SPI示例
1、软件SPI结构体 以及 SPI模式枚举
2、SPI初始化函数
3、SPI读写函数
三、 STM32-SPI 外设使用示例（HAL库）
四、SPI常规调试手段
一、SPI的简介
1、SPI物理层
SPI 一般使用4条线进行通信：
- NSS：为片选线
- MOSI: 主机数据输出、从机数据输入
- MISO：主机数据输入、从机数据输出
- SCK：时钟线，由主机提供时钟输出
2、协议层
（1）SPI基本通讯时序
（2）起始信号与停止信号
- 开始信号：NSS 由 高变低
- 停止信号：NSS 由 低变高
（3）数据有效性
- SPI 使用 SCK线进行数据同步，MOSI与MISO在SCK的每个时钟周期传输一位数据、且数据的 输入 与 输出 是同步进行的
- 进行数据传输时，一般采取MSB先行（先发送高字节，再发低字节）
- SPI 每次数据传输可以8位或16位为单位，每次传输的单位数不受限制
（4）SPI的4种通讯模式 （CPOL - 时钟极性 与 CPHA - 时钟相位）
- 时钟极性 CPOL： 表示SCK的空闲状态时候的电平。 （如： CPOL = 0 ---- SCK空闲状态为低电平； CPOL = 1 ---- SCK空闲状态为高电平）
- 时钟相位 CPHA： 表示数据何时被采样。（如： CPHA = 0 ---- SCK的奇数边沿被采样； CPHA = 1 ---- SCK的偶数边沿被采样）
SPI的四种模式：
CPHA = 0时（采样边沿为 奇数边沿的SPI时序图）
CPHA = 1时（采样边沿为 偶数边沿的SPI时序图）
二、 软件模拟SPI示例
1、软件SPI结构体 以及 SPI模式枚举
typedef enum
{MODE_0 = 0, /* CPOL = 0, CPHA = 0; */MODE_1, /* CPOL = 0, CPHA = 1; */MODE_2, /* CPOL = 1, CPHA = 0; */MODE_3, /* CPOL = 1, CPHA = 1; */}exSPIModeEnum;typedef struct SoftSPIHandle
{GPIO_TypeDef * NSS_Port;GPIO_TypeDef * SCK_Port;GPIO_TypeDef * MOSI_Port;GPIO_TypeDef * MISO_Port;uint16_t NSS_Pin;uint16_t SCK_Pin;uint16_t MOSI_Pin;uint16_t MISO_Pin;exSPIModeEnum mode;void (* SetHigh)(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);void (* SetLow)(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);void (* SetMode)(struct SoftSPIHandle xSoftSPIHandle, exSPIModeEnum eMode);uint8_t (* ReadPin)(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);void (* SoftSPIWriteData)(struct SoftSPIHandle xSoftSPIHandle, uint8_t *pData, uint32_t uiLength);void (* SoftSPIReadData)(struct SoftSPIHandle xSoftSPIHandle, uint8_t *pData, uint32_t uiLength);}SoftSPIHandle;
2、SPI初始化函数
void vSoftSPIInit(exSPIModeEnum eMode)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};/* 管脚初始化 */SOFT_SPI_CLK_ENABLE();/**SPI1 GPIO ConfigurationPB14 ------> SPI1_NSSPB3 ------> SPI1_SCKPB4 ------> SPI1_MISOPB5 ------> SPI1_MOSI*/GPIO_InitStruct.Pin = SOFT_SPI_NSS_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;HAL_GPIO_Init(SOFT_SPI_NSS_PORT, &GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.Pin = SOFT_SPI_SCK_PIN;HAL_GPIO_Init(SOFT_SPI_SCK_PORT, &GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.Pin = SOFT_SPI_MOSI_PIN;HAL_GPIO_Init(SOFT_SPI_MOSI_PORT, &GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.Pin = SOFT_SPI_MISO_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;HAL_GPIO_Init(SOFT_SPI_MISO_PORT, &GPIO_InitStruct);/* 初始化Soft SPI 句柄 */ex_SoftSPIHandle.NSS_Port = ex_SoftSPIHandle.SCK_Port = ex_SoftSPIHandle.MISO_Port = ex_SoftSPIHandle.MOSI_Port = GPIOB;ex_SoftSPIHandle.NSS_Pin = SOFT_SPI_NSS_PIN;ex_SoftSPIHandle.SCK_Pin = SOFT_SPI_SCK_PIN;ex_SoftSPIHandle.MOSI_Pin = SOFT_SPI_MOSI_PIN;ex_SoftSPIHandle.MISO_Pin = SOFT_SPI_MISO_PIN;/* 注册Soft SPI 函数 */ex_SoftSPIHandle.SetHigh = vSetHigh;ex_SoftSPIHandle.SetLow = vSetLow;ex_SoftSPIHandle.SetMode = vSetMode;ex_SoftSPIHandle.ReadPin = HAL_GPIO_ReadPin;ex_SoftSPIHandle.SoftSPIWriteData = vSoftSPIWriteData;ex_SoftSPIHandle.SoftSPIReadData = vSoftSPIReadData;/* 设置对应SPI模式 */ex_SoftSPIHandle.mode = eMode;if(eMode & MODE_0){/* CPOL = 0 ; CPHA = 0 *//* SPI 默认模式0 处于空闲状态 */SOFT_SPI_NSS_High();SOFT_SPI_SCK_Low();}else if(eMode & MODE_1){/* CPOL = 0 ; CPHA = 1 *//* SPI 默认模式1 处于空闲状态 */SOFT_SPI_NSS_High();SOFT_SPI_SCK_Low();}else if(eMode & MODE_2){/* CPOL = 1 ; CPHA = 0 *//* SPI 默认模式2 处于空闲状态 */SOFT_SPI_NSS_High();SOFT_SPI_SCK_High();}else{/* CPOL = 1 ; CPHA = 1 *//* SPI 默认模式3 处于空闲状态 */SOFT_SPI_NSS_High();SOFT_SPI_SCK_High();}}3、SPI读写函数
static void vSoftSPIWriteData(SoftSPIHandle xSoftSPIHandle, uint8_t *pData, uint32_t uiLength)
{for(uint32_t i = 0; i < uiLength; i++)ucSoftSPIReadWriteByte(xSoftSPIHandle, pData[i]);
}static void vSoftSPIReadData(SoftSPIHandle xSoftSPIHandle, uint8_t *pData, uint32_t uiLength)
{for(uint32_t i = 0; i < uiLength; i++)pData[i] = ucSoftSPIReadWriteByte(xSoftSPIHandle, DummyByte);
}static uint8_t ucSoftSPIReadWriteByte(SoftSPIHandle xSoftSPIHandle, uint8_t ucData)
{uint8_t ucRecvData = 0;if(xSoftSPIHandle.mode == MODE_0){/* CPOL = 0 ; CPHA = 0 *//* 数据传输 */for(uint8_t i = 0; i < 8; i++){/* 发送数据 */xSoftSPIHandle.SetLow(xSoftSPIHandle.SCK_Port, xSoftSPIHandle.SCK_Pin);vDelayus(2);if( ucData & 0x80 )xSoftSPIHandle.SetHigh(xSoftSPIHandle.MOSI_Port, xSoftSPIHandle.MOSI_Pin);elsexSoftSPIHandle.SetLow(xSoftSPIHandle.MOSI_Port, xSoftSPIHandle.MOSI_Pin);ucData <<= 1;xSoftSPIHandle.SetHigh(xSoftSPIHandle.SCK_Port, xSoftSPIHandle.SCK_Pin);vDelayus(2);/* 接收数据 */ucRecvData <<= 1;if(xSoftSPIHandle.ReadPin(xSoftSPIHandle.MISO_Port, xSoftSPIHandle.MISO_Pin))ucRecvData |= 1;}xSoftSPIHandle.SetLow(xSoftSPIHandle.SCK_Port, xSoftSPIHandle.SCK_Pin);}else if(xSoftSPIHandle.mode == MODE_1){/* CPOL = 0 ; CPHA = 1 *//* 数据传输 */for(uint8_t i = 0; i < 8; i++){/* 发送数据 */xSoftSPIHandle.SetHigh(xSoftSPIHandle.SCK_Port, xSoftSPIHandle.SCK_Pin);vDelayus(2);if( ucData & 0x80 )xSoftSPIHandle.SetHigh(xSoftSPIHandle.MOSI_Port, xSoftSPIHandle.MOSI_Pin);elsexSoftSPIHandle.SetLow(xSoftSPIHandle.MOSI_Port, xSoftSPIHandle.MOSI_Pin);ucData <<= 1;xSoftSPIHandle.SetLow(xSoftSPIHandle.SCK_Port, xSoftSPIHandle.SCK_Pin);vDelayus(2);/* 接收数据 */ucRecvData <<= 1;if(xSoftSPIHandle.ReadPin(xSoftSPIHandle.MISO_Port, xSoftSPIHandle.MISO_Pin))ucRecvData |= 1;}xSoftSPIHandle.SetLow(xSoftSPIHandle.SCK_Port, xSoftSPIHandle.SCK_Pin);}else if(xSoftSPIHandle.mode == MODE_2){/* CPOL = 1 ; CPHA = 0 *//* 数据传输 */for(uint8_t i = 0; i < 8; i++){/* 发送数据 */xSoftSPIHandle.SetHigh(xSoftSPIHandle.SCK_Port, xSoftSPIHandle.SCK_Pin);vDelayus(2);if( ucData & 0x80 )xSoftSPIHandle.SetHigh(xSoftSPIHandle.MOSI_Port, xSoftSPIHandle.MOSI_Pin);elsexSoftSPIHandle.SetLow(xSoftSPIHandle.MOSI_Port, xSoftSPIHandle.MOSI_Pin);ucData <<= 1;xSoftSPIHandle.SetLow(xSoftSPIHandle.SCK_Port, xSoftSPIHandle.SCK_Pin);vDelayus(2);/* 接收数据 */ucRecvData <<= 1;if(xSoftSPIHandle.ReadPin(xSoftSPIHandle.MISO_Port, xSoftSPIHandle.MISO_Pin))ucRecvData |= 1;}xSoftSPIHandle.SetHigh(xSoftSPIHandle.SCK_Port, xSoftSPIHandle.SCK_Pin);}else{/* CPOL = 1 ; CPHA = 1 *//* 数据传输 */for(uint8_t i = 0; i < 8; i++){/* 发送数据 */xSoftSPIHandle.SetLow(xSoftSPIHandle.SCK_Port, xSoftSPIHandle.SCK_Pin);vDelayus(2);if( ucData & 0x80 )xSoftSPIHandle.SetHigh(xSoftSPIHandle.MOSI_Port, xSoftSPIHandle.MOSI_Pin);elsexSoftSPIHandle.SetLow(xSoftSPIHandle.MOSI_Port, xSoftSPIHandle.MOSI_Pin);ucData <<= 1;xSoftSPIHandle.SetHigh(xSoftSPIHandle.SCK_Port, xSoftSPIHandle.SCK_Pin);vDelayus(2);/* 接收数据 */ucRecvData <<= 1;if(xSoftSPIHandle.ReadPin(xSoftSPIHandle.MISO_Port, xSoftSPIHandle.MISO_Pin))ucRecvData |= 1;}xSoftSPIHandle.SetHigh(xSoftSPIHandle.SCK_Port, xSoftSPIHandle.SCK_Pin);}return ucRecvData;
}
三、 STM32-SPI 外设使用示例（HAL库）
void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};if(spiHandle->Instance==SPI1){/* USER CODE BEGIN SPI1_MspInit 0 *//* USER CODE END SPI1_MspInit 0 *//* SPI1 clock enable */__HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();/**SPI1 GPIO ConfigurationPB3 ------> SPI1_SCKPB4 ------> SPI1_MISOPB5 ------> SPI1_MOSIPB14 ------> SPI1_NSS*/GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI1;HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.Pin = SPI1_NSS_Pin;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;HAL_GPIO_Init(SPI1_NSS_Port, &GPIO_InitStruct);/* USER CODE BEGIN SPI1_MspInit 1 *//* USER CODE END SPI1_MspInit 1 */}
}void HAL_SPI_MspDeInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle)
{if(spiHandle->Instance==SPI1){/* USER CODE BEGIN SPI1_MspDeInit 0 *//* USER CODE END SPI1_MspDeInit 0 *//* Peripheral clock disable */__HAL_RCC_SPI1_CLK_DISABLE();/**SPI1 GPIO ConfigurationPB3 ------> SPI1_SCKPB4 ------> SPI1_MISOPB5 ------> SPI1_MOSI*/HAL_GPIO_DeInit(GPIOB, GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5);/* USER CODE BEGIN SPI1_MspDeInit 1 *//* USER CODE END SPI1_MspDeInit 1 */}
}void vSPI1Init(void)
{ex_SPI1Handle.Instance = SPI1;ex_SPI1Handle.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;ex_SPI1Handle.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;ex_SPI1Handle.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;ex_SPI1Handle.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;ex_SPI1Handle.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;ex_SPI1Handle.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;ex_SPI1Handle.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_2;ex_SPI1Handle.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;ex_SPI1Handle.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;ex_SPI1Handle.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;ex_SPI1Handle.Init.CRCPolynomial = 10;HAL_SPI_Init(&ex_SPI1Handle);
}int8_t cSPIWriteData(SPI_HandleTypeDef *ex_SPIhandle, uint8_t *pData, uint16_t usLength)
{int8_t status = HAL_ERROR;status = HAL_SPI_Transmit(ex_SPIhandle, pData, usLength, 1000);return status;
}int8_t cSPIReadData(SPI_HandleTypeDef *ex_SPIhandle, uint8_t *pData, uint16_t usLength)
{int8_t status = HAL_ERROR;status = HAL_SPI_Receive(ex_SPIhandle, pData, usLength, 1000);return status;}四、SPI常规调试手段
1、如：SPI FLASH 可以发送 读取芯片ID的指令查看是否能够正确返回芯片的ID
参考资料为：
【野火】《STM32 HAL库开发实战指南-基于F407》
【正点原子】《STM32F4开发指南(HAL库版)》
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