SPI 程序

向右看齐 2023-01-03 04:57 37阅读 0赞

**1、什么是SPI？**  
SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。是 Motorola 公司推出的一 种同步串行接口技术，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。

**2、SPI优点**  
支持全双工通信、通信简单、数据传输速率块

**3、缺点**  
没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据，所以跟IIC总线协议比较在数据 可靠性上有一定的缺陷。

**4、特点**  
1）：高速、同步、全双工、非差分、总线式  
2）：主从机通信模式

**5、协议通信时序详解**  
1）：SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多 个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是

SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。  
(1)**SDO/MOSI** （（master out slaver in））– 主设备数据输出，从设备数据输入;  
(2)**SDI/MISO** – 主设备数据输入，从设备数据输出;  
(3)**SCLK** – 时钟信号，由主设备产生;  
(4)**CS/SS** – 从设备使能信号，由主设备控制。当有多个从设备的时候，因为每个从设 备上都有一个片选引脚接入到主设备机中，当我们的主设备和某个从设备通信时将需 要将从设备对应的片选引脚电平拉低或者是拉高。  
![在这里插入图片描述][20210107170630760.png]  
SPI时序图举例：四线制，高位在前，下降沿跳边，上升沿采样。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zOTMyODQwNg_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
2）：需要说明的是，**我们SPI通信有4种不同的模式 后面代码有四种模式**，不同的从设备可能在出厂是就是配 置为某种模式，这是不能改变的；但我们的通信双方必须是工作在同一模式下，所以我们 可以对我们的主设备的SPI模式进行配置，通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来 控制我们主设备的通信模式，具体如下：  
Mode0：CPOL=0，CPHA=0  
Mode1：CPOL=0，CPHA=1  
Mode2：CPOL=1，CPHA=0  
Mode3：CPOL=1，CPHA=1  
时钟极性CPOL是用来配置SCLK的电平出于哪种状态时是空闲态或者有效态，时钟相位CPHA 是用来配置数据采样是在第几个边沿：  
CPOL=0，表示当SCLK=0时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于高电平时  
CPOL=1，表示当SCLK=1时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于低电平时  
CPHA=0，表示数据采样是在第1个边沿，数据发送在第2个边沿  
CPHA=1，表示数据采样是在第2个边沿，数据发送在第1个边沿

**需要注意的是：我们的主设备能够控制时钟，因为我们的SPI通信并不像UART或者IIC通信 那样有专门的通信周期，有专门的通信起始信号，有专门的通信结束信号；这些SPI都没有。所以我们的 SPI协议能够通过控制时钟信号线，当没有数据交流的时候我们的时钟线要么是保持高电平要么是保持低电平。**

程序仿真：

/**SPI1 GPIO Configuration PA5 ------> SPI1_SCK PA6 ------> SPI1_MISO PA7 ------> SPI1_MOSI */
    #define SPI_SCK_PIN GPIO_PIN_5
    #define SPI_SCK_GPIO_PORT GPIOA
    #define SPI_MOSI_PIN GPIO_PIN_7
    #define SPI_MOSI_GPIO_PORT GPIOA
    #define SPI_MISO_PIN GPIO_PIN_6
    #define SPI_MISO_GPIO_PORT GPIOA
    #define SPI_NSS_PIN GPIO_PIN_14
    #define SPI_NSS_GPIO_PORT GPIOD
     
     
    #define SPI_SCK_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
    #define SPI_MISO_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
    #define SPI_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
    #define SPI_NSS_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE()
     
    #define MOSI_H HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_SET) 
    #define MOSI_L HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_RESET) 
    #define SCK_H HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET) 
    #define SCK_L HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET) 
    #define MISO HAL_GPIO_ReadPin(SPI_MISO_GPIO_PORT, SPI_MISO_PIN) 
    #define NSS_H HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_SET) 
    #define NSS_L HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_RESET) 
    	·
     
    void SPI_Init(void)
    {   
      /*##-1- Enable peripherals and GPIO Clocks #########################*/
      /* Enable GPIO TX/RX clock */
      SPI_SCK_GPIO_CLK_ENABLE();
      SPI_MISO_GPIO_CLK_ENABLE();
      SPI_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE();
      SPI_NSS_GPIO_CLK_ENABLE();
     
     
      /*##-2- Configure peripheral GPIO #######################*/
      /* SPI SCK GPIO pin configuration */
      GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
      
      GPIO_InitStruct.Pin       = SPI_SCK_PIN;
      GPIO_InitStruct.Mode      = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
      //GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
      GPIO_InitStruct.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
      HAL_GPIO_Init(SPI_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
      HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET);
     
      /* SPI MISO GPIO pin configuration */
      GPIO_InitStruct.Pin = SPI_MISO_PIN;
      GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
      HAL_GPIO_Init(SPI_MISO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
     
      /* SPI MOSI GPIO pin configuration */
      GPIO_InitStruct.Pin = SPI_MOSI_PIN;
      GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
      HAL_GPIO_Init(SPI_MOSI_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
      HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_SET);
      
      GPIO_InitStruct.Pin = SPI_NSS_PIN;
      GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
      HAL_GPIO_Init(SPI_NSS_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
      HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_SET);
      
    }

模拟SPI4种工作模式：

/* CPOL = 0, CPHA = 0, MSB first */
    uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE0( uint8_t write_dat )
    { 
        uint8_t i, read_dat;
        for( i = 0; i < 8; i++ )
        { 
            if( write_dat & 0x80 )
                MOSI_H;  
            else                    
                MOSI_L;  
            write_dat <<= 1;
            delay_us(1);	
            SCK_H; 
            read_dat <<= 1;  
            if( MISO ) 
                read_dat++; 
    		delay_us(1);
            SCK_L; 
            __nop();
        }
    	
        return read_dat;
    }
     
     
    /* CPOL=0，CPHA=1, MSB first */
    uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE1(uint8_t byte) 
    { 
        uint8_t i,Temp=0;
     
    	for(i=0;i<8;i++)     // 循环8次
    	{ 
    		SCK_H;     //拉高时钟
    		if(byte&0x80)
            { 
    			MOSI_H;  //若最到位为高，则输出高
            }
    		else      
    		{ 
    			MOSI_L;   //若最到位为低，则输出低
    		}
    		byte <<= 1;     // 低一位移位到最高位
    		delay_us(1);
    		SCK_L;     //拉低时钟
    		Temp <<= 1;     //数据左移
     
    		if(MISO)
    			Temp++;     //若从从机接收到高电平，数据自加一
    		delay_us(1);
     
    	}
    	return (Temp);     //返回数据
    }
     
    /* CPOL=1，CPHA=0, MSB first */
    uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE2(uint8_t byte) 
    { 
        uint8_t i,Temp=0;
     
    	for(i=0;i<8;i++)     // 循环8次
    	{ 
    		if(byte&0x80)
            { 
    			MOSI_H;  //若最到位为高，则输出高
            }
    		else      
    		{ 
    			MOSI_L;   //若最到位为低，则输出低
    		}
    		byte <<= 1;     // 低一位移位到最高位
    		delay_us(1);
    		SCK_L;     //拉低时钟
    		Temp <<= 1;     //数据左移
     
    		if(MISO)
    			Temp++;     //若从从机接收到高电平，数据自加一
    		delay_us(1);
    		SCK_H;     //拉高时钟
    		
    	}
    	return (Temp);     //返回数据
    }
     
     
    /* CPOL = 1, CPHA = 1, MSB first */
    uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE3( uint8_t write_dat )
    { 
        uint8_t i, read_dat;
        for( i = 0; i < 8; i++ )
        { 
    		SCK_L; 
            if( write_dat & 0x80 )
                MOSI_H;  
            else                    
                MOSI_L;  
            write_dat <<= 1;
            delay_us(1);	
            SCK_H; 
            read_dat <<= 1;  
            if( MISO ) 
                read_dat++; 
    		delay_us(1);
            __nop();
        }
        return read_dat;
    }

[20210107170630760.png]: /images/20221119/95d672c42fdc4ea3adaab436aa6d42d9.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zOTMyODQwNg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221119/29e71ec40a904398a9ac8089ffa743e5.png