当前位置：首页 > news >正文

【通信协议】SPI总线

news 来源：原创 2024/9/20 15:40:41

SPI简介

硬件电路

SPI模式

软件模拟初始化

时序基本单元

起始条件

终止条件

发送与接收

SPI基本单元代码

MySPI.h

MySPI.c

SPI简介

SPI（Serial Peripheral Interface），即串行外围设备接口，是由Motorola公司开发的一种高速全双工通用数据总线。它被广泛地使用在要求通讯速率较高的场合。

特征

同步，全双工，串行
通讯速率较高
支持总线挂载多设备（一主多从）
四条通信线
短距离

通信线

SCK（Serial Clock）：串行时钟线，主机生成时钟，主机和从机根据电平边沿（上升沿或下降沿）发送数据位、接收数据位

MOSI（Master Output Slave Input）：主机输出，从机输入

MISO（Master Input Slave Output）：主机输入，从机输出

SS（Slave Select）：指定主机与哪个从机通信，同一时间主机只能选择一个从机，故只能设置一个SS低为电平。未被选中(NSS引脚为高电平)的从设备会忽略总线上的数据传输

传输速度

SPI总线上的主设备必须在通信开始时候配置并生成相应的时钟信号。从理论上讲，只要实际可行，时钟速率就可以是你想要的任何速率，当然这个速率受限于每个系统能提供多大的系统时钟频率，以及最大的速率。

硬件电路

所有SPI设备的SCK、MOSI、MISO分别连在一起

主机另外引出多条SS控制线，分别接到各从机的SS引脚

输出引脚配置为推挽输出，输入引脚配置为浮空或上拉输入

当从机的SS引l脚为高电平,也就是从机未被选中时,它的MISO引脚，必须切换为高阻态,在SS为低电平时，MISO才允许变为推挽输出。在SS未被选中的状态，从机的MISO引脚必须关断输出，即配置输出为高阻态。

SPI模式

SPI 根据时钟极性和时钟相位的不同可以有4种工作模式，通常在编写 SPI 设备驱动程序时需要特别注意从设备的时钟相位与时钟极性，如果与主设备不一致时，一般都不能进行正常的通信。

模式0（CKPL=0，CKPH=0）：
- 时钟极性（Clock Polarity）为0，表示时钟空闲状态为低电平。
- 时钟相位（Clock Phase）为0，表示数据在时钟信号的奇数边沿（时钟上升沿）进行采样和稳定。
模式1（CKPL=0，CKPH=1）：
- 时钟极性为0，时钟空闲状态为低电平。
- 时钟相位为1，数据在时钟信号的偶数边沿（时钟下降沿）进行采样和稳定。
模式2（CKPL=1，CKPH=0）：
- 时钟极性为1，时钟空闲状态为高电平。
- 时钟相位为0，数据在时钟信号的奇数边沿（时钟下降沿）进行采样和稳定。
模式3（CKPL=1，CKPH=1）：
- 时钟极性为1，时钟空闲状态为高电平。
- 时钟相位为1，数据在时钟信号的偶数边沿（时钟上升沿）进行采样和稳定。

软件模拟初始化

根据SPI硬件规定：

MISO（Master Input Slave Output），SCK（Serial Clock），SS（Slave Select）均配置为推挽输出

MISO（Master Input Slave Output）配置为上拉输入

GPIO的其它参数的理解可以阅读下方博客，这里不再赘述。

【STM32】GPIO和AFIO标准库使用框架_gpio afio-CSDN博客

本篇软件模拟使用SPI的模式0

void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);
}void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue);
}void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue);
}uint8_t MySPI_R_MISO(void)
{return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6);
}void MySPI_Init(void)
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//推挽输出默认输出低电平MySPI_W_SS(1);//不选择从机，空闲状态MySPI_W_SCK(0);//模式0空闲时的SCKGPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);}

时序基本单元

起始条件

SS（Slave Select）从高电平切换到低电平

void MySPI_Start(void)
{
//初始化时已经配置空闲状态时为高电平，现拉低选择从机MySPI_W_SS(0);
}

终止条件

SS从低电平切换到高电平

void MySPI_Stop(void)
{
//通讯过程中，SS为低电平，拉高代表通讯结束MySPI_W_SS(1);
}

发送与接收

SPI只有主模式和从模式之分，没有读和写的说法，外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。也就是说，你发一个数据必然会收到一个数据；你要收一个数据必须也要先发一个数据。

硬件SPI，主机SCK电平变化与数据读写几乎同时进行，但软件SPI，程序是一条一条执行的，软件模拟就先变化时钟，再读写数据位，不是同时进行的

交换一个字节（模式0）

CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平

CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据

在SS下降沿的时候，主机和从机就需要移出数据，那样SCK的第一个边沿才能移入数据

uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{uint8_t i, ByteReceive = 0x00;for (i = 0; i < 8; i ++){MySPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80 >> i));//第一次在SS下降沿时发送数据位，之后SCK下降沿时发送数据位MySPI_W_SCK(1);if (MySPI_R_MISO() == 1){ByteReceive |= (0x80 >> i);}//SCK上升沿时接收数据位MySPI_W_SCK(0);}//SCK的同步时钟指导读写数据的一位，完成一个字节的交换return ByteReceive;
}

SPI基本单元代码

MySPI.h

#ifndef __MYSPI_H
#define __MYSPI_Hvoid MySPI_Init(void);
void MySPI_Start(void);
void MySPI_Stop(void);
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend);#endif

MySPI.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device headervoid MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);
}void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue);
}void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue);
}uint8_t MySPI_R_MISO(void)
{return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6);
}void MySPI_Init(void)
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//推挽输出默认输出低电平MySPI_W_SS(1);MySPI_W_SCK(0);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);}void MySPI_Start(void)
{MySPI_W_SS(0);
}void MySPI_Stop(void)
{MySPI_W_SS(1);
}uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{uint8_t i, ByteReceive = 0x00;for (i = 0; i < 8; i ++){MySPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80 >> i));MySPI_W_SCK(1);if (MySPI_R_MISO() == 1){ByteReceive |= (0x80 >> i);}MySPI_W_SCK(0);}return ByteReceive;
}