一、SPI 简介
SPI(Serial Peripheral Interface)串行外设接口,是一种同步的串行通信总线,可以实现高速全双工通信,主要应用于芯片之间的通信。SPI 总线上的设备主要包括主控芯片和从设备。其中主控芯片通过 SPI 总线来对从设备进行控制和数据传输操作。
二、SPI 总线的时序和传输方式
SPI 总线上的通信包括 4 条线 SCLK、MOSI、MISO 和 SS:
- SCLK:SPI 时钟,由主设备(MCU)发出,配合数据线进行同步传输
- MOSI:主设备发送数据到从设备
- MISO:从设备发送数据到主设备
- SS:片选信号,选择要通信的从设备
通信的时序图如下:
SCLK ________ ________ ________ | |________| |________| | MOSI _____ ________ ________ ________ ____ | |_| |_| |_| |_| | MISO _____ ________ ________ ________ ________ ___ |________|_| |_| |_| |_| SS ________ ________ ________ | |________| |________| |
SPI 总线可以采用 3 种传输方式:
- 全双工传输:主设备和从设备同时发送和接收数据
- 半双工传输:主设备和从设备可以交替地发送和接收数据
- 单向传输:主设备或从设备只发送或只接收数据
这三种传输方式可以通过控制 SCLK 线的波特率和时钟相位来实现。
三、STM32 SPI 的配置
下面以 STM32F4 系列为例,介绍如何使用它内部的 SPI 接口。
首先需要开启 SPI 时钟:
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE);
然后进行 GPIO 的初始化:
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_15; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource13, GPIO_AF_SPI2); GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource15, GPIO_AF_SPI2);
其中 SCK 和 MOSI 都是复用的引脚,因此需要将它们的模式设置为 AF 模式。然后开启 SPI 时钟以后,需要设置 SPI 接口的参数:
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; SPI_I2S_DeInit(SPI2); SPI_StructInit(&SPI_InitStructure); SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4; SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); SPI_Cmd(SPI2, ENABLE);
这里设置了 SPI 的工作模式、数据大小、时钟极性和时钟相位等参数,同时也启用了 SPI 接口。
四、SPI 数据传输
SPI 数据传输主要包括两个 API 函数:SPI_I2S_SendData() 和 SPI_I2S_ReceiveData()。
这里演示以 STM32F4 为例使用 DMA 实现 SPI 数据传输的步骤。首先要初始化 DMA:
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1, ENABLE); DMA_DeInit(DMA1_Stream4); DMA_StructInit(&DMA_InitStructure); DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_0; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&(SPI2->DR); DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)send_buf; DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToPeripheral; DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = data_size; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable; DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull; DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single; DMA_Init(DMA1_Stream4, &DMA_InitStructure);
然后启动 DMA 传输:
DMA_Cmd(DMA1_Stream4, ENABLE); while (DMA_GetFlagStatus(DMA1_Stream4, DMA_FLAG_TCIF4) == RESET); DMA_ClearFlag(DMA1_Stream4, DMA_FLAG_TCIF4);
这里的关键点在于要等待 DMA 传输完成后再进行数据处理。
五、SPI 的应用场景
SPI 接口通常用于芯片之间的通信,如常用的 MP3 模块、OLED 显示屏、传感器等等。同时也可以用于扩展芯片与主芯片之间的通信。
六、总结
本文详细介绍了 STM32 SPI 的基本原理、配置和数据传输的方法,以及 SPI 在各种应用场景下的具体应用。通过本文的学习,可以更好地理解和应用 SPI 接口。