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SPI外设
一、简介
STM32F4XX内部集成硬件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负担，可配置8位/16位数据帧，高位（最常用）/低位先行，三组SPI接口，支持DMA
由上图可知SPI是通过接收/发送缓冲区和移位寄存器进行通信，其中SPI1是在APB2总线，SPI2、SPI3在APB1总线。发送和接收共用一个SR，即SPI是同步通信接口。SS引脚一般用GPIO口指定从机，硬件NSS引脚一般是用来配置多主机模式。
发送：数据先进入TDR，经SR通过MOSI向从机输出
接收：数据由MISO进入SR，然后经过RDR向地址数据总线输出
由此可对上面SPI框图进行简化，基本结构如下
这里给出SPI主模式全双工连续传输模式下的时序图，
上图选择的是模式3，SCK高电平为空闲状态，在SCK第一个边沿移出数据，第二个编译移入数据。上面时序图采用小端模式，低位先行，这里对进行分析
发送：
- SS置低电平，开始时序，选中从机。此时TXE = 1，TDR为空；RXNE = 0，RDR为空。BSY = 1
- 软件写入0xF1到SPI_DR，即要发送的第一个数据，此时TXE = 0，RXNE = 0，TDR非空
- TDR中的0xF1会立刻转入到SR中，TDR清空，MOSI开始发送同时TXE = 1
- 软件等待TXE = 1，然后写入0xF2到SPI_DR，即要发送的第二个数据，此时TXE = 0，RXNE = 0
- TDR中的0xF2会随后自动进入SR，MOSI在发送完第一个数据会自动发送第二个数据
- TDR发送完所有数据，TXE会自动置1，SR发送完所有数据后，BSY = 0
接收：
- SS置低电平，开始时序，选中从机。此时TXE = 1，TDR为空；RXNE = 0，RDR为空。BSY = 1
- MISO依次接收从机的数据，输出到SR
- SR中的数据以小端模式进入到SPI_DR中
- 软件等待RXNE = 1，然后数据总线读取RDR中的数据0xA1，同时RXNE = 0，RDR变为空
- MISO接收第二个数据，输出到SR
- SR中的第二个数据以小端模式进入到SPI_DR中
- 软件等待RXNE = 1，然后数据总线读取RDR中的第二个数据，同时RXNE = 0，RDR变为空
- RDR接收完所有数据，RXNE = 0
由上图可知，SPI全双工连续通信是交叉进行的，发送数据1，发送数据2，再接收数据1；发送数据3，再接收数据2；在时序上要求操作之间的间隙非常小。
非连续传输模式，只需要四行代码。上图是SPI模式3，SCK高电平为空闲状态，分析如下
- SS置低电平，选中从机，开始时序此时TXE = 1，RXNE = 0，TDR为空
- 软件写入0xF1到SPI_DR，此时TDR = 0xF1，TXE = 0
- TDR中的0xF1立即进入SR中，MOSI开始发送0xF1，TDR清空，TXE = 1
- 等待MOSI将第一个字节数据发送完毕，此时接收第一个字节数据的时序也完成，即RXNE = 1
- 读取接收到的第一个字节数据，然后将第二个字节数据写入TDR，开始发送第二个数据
- 等待MOSI发送完第二个字节数据，此时接收到了第二个字节数据
- 读取完第二个字节数据，然后将第三个字节数据写入TDR，开始发送第三个数据
整体流程就是：等待TXE = 1，写入数据到TDR，等待RXNE = 1，读取RDR数据。这样实现发送数据1接收数据1，发送数据2接收数据2。但是字节之间存在一定的间隙，降低传输效率。
二、实验案例
进行STM32F4XX对板载W25Q16读写，代码如下
#include "stm32f4xx.h" // Device header//硬件SPI通信，采用非连续传输方案
/*PB0引脚模拟SS输出*/
void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_0, (BitAction)BitValue);//片选引脚输出
}/*SS->PB0，MISO->PB4，MOSI->PB5，SCK->PB3，板载W25Q16支持SPI模式0和模式3*/
/*
* SPI1是在APB2总线，SPI2、SPI3在APB1总线
* PB3: SPI1_SCK、SPI3_SCK
* PB4: SPI1_MISO、SPI3_MISO
* PB5: SPI1_MOSI、SPI3_MOSI
* PB0: 使用GPIO模拟SS
*/
void MySPI_Init()
{RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5; //PB3复用为SPI1_SCK，PB4复用为SPI1_MISO，PB5复用为SPI1_MOSIGPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //使用GPIO模拟片选信号SSGPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_SPI1); //GPIO引脚复用GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_SPI1);GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_SPI1);//SPI配置SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_128;SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC校验根据实际需求填写SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //数据帧大小SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;//全双工SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //高位先行SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //这里选择主机SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //软件模拟片选SSSPI_Cmd(SPI1, ENABLE);// MySPI_W_SS(1); //默认是终止条件
}/*起始条件*/
void MySPI_Start()
{MySPI_W_SS(0);
}
/*终止条件*/
void MySPI_End()
{MySPI_W_SS(1);
}
/*交换一个字节，这里选择模式0*/
/* SCK低电平为空闲状态
* SS下降沿启动，主机移出高位数据到MOSI
* SCK上升沿，主机移入高位数据MISO
* SCK下降沿，主机移出高位数据MOSI
* 非连续传输需要四步
*/
uint8_t MySPI_SwapByte_Mode0(uint8_t ByteSend)
{while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET); //等待TXE = 1SPI_I2S_SendData(SPI1, ByteSend); //将数据写入到DR中while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) != SET); //等待RXNE = 1return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); //读取RDR的数据
}