4.STM32通信接口之SPI通信（含源码）---硬件SPI与W25Q64存储模块通信实战《精讲》

开胃简介

根据上一节对STM32的SPI介绍！本节将进行硬件SPI的实现，片选用软件实现！跟着Whappy走起！W25Q64的驱动层，我们不需要更改，仅仅需要更改一下SPI的协议，即：由软件实现改成硬件实现。跟着Whappy同志步伐学起来！

SPI硬件整体框架如下图，代码配置也是根据这个SPI的基本结构进行实现的，如下五步实现过程。

STM32的SPI相关库函数的介绍如下：

初始化和配置函数

函数名	功能	参数介绍	使用方法
SPI_I2S_DeInit	将 SPI/I2S 外设寄存器重置为默认值	SPIx: SPI 外设地址	在重新配置 SPI 前调用，清除所有之前的配置
SPI_Init	根据指定配置初始化 SPI	SPIx: SPI 外设地址<br>SPI_InitStruct: SPI 配置结构体	配置 SPI 通信参数，如时钟极性、数据大小等
I2S_Init	根据指定配置初始化 I2S	SPIx: SPI 外设地址<br>I2S_InitStruct: I2S 配置结构体	配置 I2S 通信参数，如标准、数据长度等
SPI_StructInit	填充 SPI 初始化结构体默认值	SPI_InitStruct: SPI 配置结构体指针	在手动配置 SPI 前，快速获取默认配置
SPI_I2S_StructInit	填充 I2S 初始化结构体默认值	I2S_InitStruct: I2S 配置结构体指针	在手动配置 I2S 前，快速获取默认配置

控制和命令函数

函数名	功能	参数介绍	使用方法
SPI_Cmd	使能或禁用 SPI	SPIx: SPI 外设地址<br>NewState: 使能/禁用状态	开启或关闭 SPI 外设
I2S_Cmd	使能或禁用 I2S	SPIx: SPI 外设地址<br>NewState: 使能/禁用状态	开启或关闭 I2S 外设
SPI_I2S_ITConfig	配置 SPI/I2S 中断	SPIx: SPI 外设地址<br>SPI_I2S_IT: 中断类型<br>NewState: 使能/禁用状态	配置中断，如发送完成、接收完成等
SPI_I2S_DMACmd	配置 SPI/I2S DMA 请求	SPIx: SPI 外设地址<br>SPI_I2S_DMAReq: DMA 请求类型<br>NewState: 使能/禁用状态	启用或禁用 DMA 传输

数据传输函数

函数名	功能	参数介绍	使用方法
SPI_I2S_SendData	通过 SPI/I2S 发送数据	SPIx: SPI 外设地址<br>Data: 待发送的 16 位数据	发送单个数据字
SPI_I2S_ReceiveData	从 SPI/I2S 接收数据	SPIx: SPI 外设地址	读取接收缓冲区的 16 位数据

高级配置函数

函数名	功能	参数介绍	使用方法
SPI_NSSInternalSoftwareConfig	配置内部片选信号	SPIx: SPI 外设地址<br>SPI_NSSInternalSoft: NSS 信号配置	软件控制从设备片选
SPI_SSOutputCmd	配置 SS 输出	SPIx: SPI 外设地址<br>NewState: 使能/禁用状态	控制从设备片选输出
SPI_DataSizeConfig	配置数据大小	SPIx: SPI 外设地址<br>SPI_DataSize: 数据大小	设置每次传输的数据位数
SPI_BiDirectionalLineConfig	配置双向线路方向	SPIx: SPI 外设地址<br>SPI_Direction: 传输方向	设置单工或半双工模式下的传输方向

CRC 校验函数

函数名	功能	参数介绍	使用方法
SPI_TransmitCRC	发送 CRC	SPIx: SPI 外设地址	手动发送 CRC 值
SPI_CalculateCRC	使能/禁用 CRC 计算	SPIx: SPI 外设地址<br>NewState: 使能/禁用状态	开启或关闭 CRC 硬件计算
SPI_GetCRC	获取 CRC 值	SPIx: SPI 外设地址<br>SPI_CRC: CRC 类型	读取发送或接收 CRC 值
SPI_GetCRCPolynomial	获取 CRC 多项式	SPIx: SPI 外设地址	读取当前使用的 CRC 多项式

状态和标志函数

函数名	功能	参数介绍	使用方法
SPI_I2S_GetFlagStatus	获取状态标志	SPIx: SPI 外设地址<br>SPI_I2S_FLAG: 标志类型	检查传输、错误等各种状态
SPI_I2S_ClearFlag	清除状态标志	SPIx: SPI 外设地址<br>SPI_I2S_FLAG: 标志类型	手动清除特定状态标志
SPI_I2S_GetITStatus	获取中断状态	SPIx: SPI 外设地址<br>SPI_I2S_IT: 中断类型	检查中断是否触发
SPI_I2S_ClearITPendingBit	清除中断挂起位	SPIx: SPI 外设地址<br>SPI_I2S_IT: 中断类型	手动清除中断挂起状态

代码实现SPI步骤--五步实现（采用非连续传输发送）

GPIO 模式	十六进制值	模式说明	典型应用场景
GPIO_Mode_AIN	0x0	模拟输入模式	用于模拟信号输入，如传感器、ADC采样
GPIO_Mode_IN_FLOATING	0x04	浮空输入模式	外部悬空输入，无上拉/下拉电阻
GPIO_Mode_IPD	0x28	下拉输入模式	输入引脚默认为低电平
GPIO_Mode_IPU	0x48	上拉输入模式	输入引脚默认为高电平
GPIO_Mode_Out_OD	0x14	开漏输出模式	需要外部上拉电阻，常用于 I2C 通信
GPIO_Mode_Out_PP	0x10	推挽输出模式	通用数字输出模式，驱动能力强
GPIO_Mode_AF_OD	0x1C	开漏复用功能	复用功能的开漏输出，如 I2C
GPIO_Mode_AF_PP	0x18	推挽复用功能	复用功能的推挽输出，如 USART、SPI

第一步：开启时钟，开启SPI和GPIO的时钟；

第二步：初始化GPIO，其中SCK和MOSI是由硬件外设控制的输出信号，配置称复用推挽输出，MISO是硬件外设的输入信号，配置上拉输入。SN片选引脚，是由软件控制的输出信号，配置成通用推挽输出。

第三步：配置SPI外设，这一步，我们使用一个结构体进行配置（STM32的库函数）

第四步：使能SPI。

void MySPI_Init(void)
{// 开启GPIOA时钟/* 开启GPIOA的时钟 */RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);    // 开启GPIOA的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);     // 开启SPI1的时钟/* GPIO的配置 */// 配置SCK和MOSI引脚GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;         // 设置为复用推挽输出模式 (Alternate Function Push-Pull)GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;  // 选择引脚5 (SCK) 和 引脚7 (MOSI)GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       // 设置引脚速率为50MHzGPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                   // 初始化GPIOA的这两个引脚// 配置MISO引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;           // 设置为上拉输入模式 (Input with Pull-Up)GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;               // 选择引脚6 (MISO)GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       // 设置引脚速率为50MHzGPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                   // 初始化GPIOA的MISO引脚// 配置NSS引脚 (片选)GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;        // 设置为推挽输出模式 (Push-Pull Output)GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;               // 选择引脚4 (NSS)GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       // 设置引脚速率为50MHzGPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                   // 初始化GPIOA的NSS引脚/* SPI的配置 */SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_128; // 设置SPI波特率预分频器为128，确定SPI通信速度SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;                      // 设置CRC多项式为7，用于数据完整性检测SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;             // 设置数据位宽为8位SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; // 设置SPI为全双工模式（即同时发送和接收数据）SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;            // 设置数据传输顺序为先发送最高有效位（MSB）SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;                 // 设置SPI为主模式SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;                     // 设置为软件控制的片选（NSS）SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;                  // 设置时钟相位 (CPHA) 为第一沿变化SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;                    // 设置时钟极性 (CPOL) 为低电平SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);                            // 初始化SPI1外设// 使能SPISPI_Cmd(SPI1, ENABLE);  // 启动SPI1外设，开始进行SPI通信
}

详细解释：

1. 时钟使能：

   • RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE)：启用GPIOA外设时钟，以便能够配置和使用GPIOA引脚。
   • RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE)：启用SPI1外设时钟，确保SPI外设可以正常工作。

2. GPIO配置：

   • SCK (Serial Clock) 和 MOSI (Master Out Slave In) 引脚配置为复用推挽输出模式（GPIO_Mode_AF_PP），通过这些引脚来传输数据。
   • MISO (Master In Slave Out) 引脚配置为上拉输入模式（GPIO_Mode_IPU），用于接收从外设发送来的数据。
   • NSS (Chip Select) 引脚配置为推挽输出模式（GPIO_Mode_Out_PP），用于控制SPI外设的选通。

3. SPI配置：

   • 波特率预分频器：设置为128，这会影响SPI的时钟频率，确保SPI通信速度适合与外设交互。
   • CRC多项式：设置为7，SPI传输过程中可以使用CRC校验以提高数据的完整性。
   • 数据位宽：设置为8位，即每次传输一个字节的数据。
   • SPI方向：设置为全双工模式，意味着数据可以在同一时间同时进行接收和发送。
   • 数据位顺序：设置为MSB先传输（SPI_FirstBit_MSB），即先发送最高有效位（MSB）。
   • SPI模式：设置为主模式（SPI_Mode_Master），意味着此外设将控制通信。
   • 片选控制：选择软件控制片选模式（SPI_NSS_Soft），即通过软件控制NSS信号的状态。
   • 时钟极性和相位：SPI_CPOL_Low 表示时钟的空闲状态为低电平，SPI_CPHA_1Edge 表示数据将在时钟的第一沿变化时采样。

4. 使能SPI：

   • SPI_Cmd(SPI1, ENABLE)：使能SPI1外设，开始SPI通信，允许SPI发送和接收数据。

这段代码配置了STM32的SPI1外设，使其能够与其他SPI外设进行通信（例如传感器、外部存储设备等）。

第五步：最后，参考一下非连续传输，进行一个字节的交换！如下图

uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t Byte)
{// 等待SPI1的发送数据寄存器空，确保可以发送数据while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET);// 发送数据SPI_I2S_SendData(SPI1, Byte);  // 通过SPI发送一个字节的数据// 等待SPI1的接收数据寄存器非空，确保数据已接收while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) != SET);// 读取接收到的数据并返回return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);  // 返回接收到的字节数据
}

详细解释：

1. 等待发送寄存器空：

   • SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE)：检查SPI1的数据发送寄存器（TXE标志）是否为空。如果为“空”（即可以发送数据），则返回SET，否则继续等待。
   • 这是通过循环检查，确保数据寄存器准备好可以发送数据，避免数据溢出或丢失。

2. 发送数据：

   • SPI_I2S_SendData(SPI1, Byte)：将参数 Byte 中的数据通过SPI总线发送出去。SPI的发送操作是同步的，当数据发送寄存器可用时，数据将被传送到外部设备。

3. 等待接收寄存器非空：

   • SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE)：检查SPI1的接收数据寄存器（RXNE标志）是否非空。若接收寄存器有数据（即数据已经接收到），则返回SET，否则继续等待。
   • 这确保了只有在数据完全接收后，才进行下一步操作。

4. 读取接收数据：

   • SPI_I2S_ReceiveData(SPI1)：从SPI1接收数据寄存器中读取接收到的字节并返回。
   • 在交换字节数据时，发送和接收操作是并行进行的。因此，读取接收到的数据通常就是发送数据时外设返回的数据。

总结：

该函数实现了SPI的数据发送与接收。它通过等待SPI硬件标志位来确保发送和接收过程的同步，确保数据的完整传输。在使用时，传入一个字节，发送后等待接收另一个字节并返回。这个函数可以用于SPI设备之间的字节交换操作。

源码

把上一节软件部分改一下即可

#include "stm32f10x.h"                  // Device header//片选
void MySPI_W_CS(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_4,(BitAction)BitValue);
}void MySPI_Init(void)
{// 开启GPIOA时钟/* 开启GPIOA的时钟 */RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);    // 开启GPIOA的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);     // 开启SPI1的时钟/* GPIO的配置 */// 配置SCK和MOSI引脚GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;         // 设置为复用推挽输出模式 (Alternate Function Push-Pull)GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;  // 选择引脚5 (SCK) 和 引脚7 (MOSI)GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       // 设置引脚速率为50MHzGPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                   // 初始化GPIOA的这两个引脚// 配置MISO引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;           // 设置为上拉输入模式 (Input with Pull-Up)GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;               // 选择引脚6 (MISO)GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       // 设置引脚速率为50MHzGPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                   // 初始化GPIOA的MISO引脚// 配置NSS引脚 (片选)GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;        // 设置为推挽输出模式 (Push-Pull Output)GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;               // 选择引脚4 (NSS)GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       // 设置引脚速率为50MHzGPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                   // 初始化GPIOA的NSS引脚/* SPI的配置 */SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_128; // 设置SPI波特率预分频器为128，确定SPI通信速度SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;                      // 设置CRC多项式为7，用于数据完整性检测SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;             // 设置数据位宽为8位SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; // 设置SPI为全双工模式（即同时发送和接收数据）SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;            // 设置数据传输顺序为先发送最高有效位（MSB）SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;                 // 设置SPI为主模式SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;                     // 设置为软件控制的片选（NSS）SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;                  // 设置时钟相位 (CPHA) 为第一沿变化SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;                    // 设置时钟极性 (CPOL) 为低电平SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);                            // 初始化SPI1外设// 使能SPISPI_Cmd(SPI1, ENABLE);  // 启动SPI1外设，开始进行SPI通信
}//SPI模式0
/*** @brief 开始SPI通信，拉低片选信号* @note 通常在发送数据前调用，选中从设备*/
void MySPI_Start(void)
{MySPI_W_CS(0);  // 拉低CS（片选）信号，选中从设备
}/*** @brief 结束SPI通信，拉高片选信号* @note 通常在数据传输完成后调用，取消从设备选择*/
void MySPI_Stop(void)
{MySPI_W_CS(1);  // 拉高CS（片选）信号，取消从设备选择
}uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t Byte)
{// 等待SPI1的发送数据寄存器空，确保可以发送数据while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET);// 发送数据SPI_I2S_SendData(SPI1, Byte);  // 通过SPI发送一个字节的数据// 等待SPI1的接收数据寄存器非空，确保数据已接收while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) != SET);// 读取接收到的数据并返回return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);  // 返回接收到的字节数据
}

知识普及：

SPI 的四种模式详细解析：

模式定义

SPI 模式由两个参数决定：

• CPOL (Clock Polarity)：时钟极性
• CPHA (Clock Phase)：时钟相位

详细模式说明

1. 模式0 (CPOL=0, CPHA=0)

• 时钟空闲态为低电平
• 在上升沿采样数据
• 在下降沿发送数据
• 最常用的模式

1. 模式1 (CPOL=0, CPHA=1)

• 时钟空闲态为低电平
• 在下降沿采样数据
• 在上升沿发送数据

1. 模式2 (CPOL=1, CPHA=0)

• 时钟空闲态为高电平
• 在下降沿采样数据
• 在上升沿发送数据

1. 模式3 (CPOL=1, CPHA=1)

• 时钟空闲态为高电平
• 在上升沿采样数据
• 在下降沿发送数据

时序图解释

SPI Timing Diagram

Click to open code

选择建议

• 确保主从设备的模式一致
• 根据从设备的具体通信要求选择
• 模式0最为通用
• 特定外设可能有特定模式要求

配置示例（STM32）

SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;   // 时钟极性
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; // 时钟相位

SPI的学习到此就圆满结束了！相较于I2C，尽管SPI需要多几条物理线路，但它的实现要简单得多。I2C在多设备通信时的复杂性和时序管理常常让人感到头疼，而SPI通过其清晰、简洁的同步时序，极大简化了实现过程。与此不同，USART通信尽管也能够由软件模拟，但相较于SPI和I2C，它的实现要复杂得多。原因在于，USART是一种异步通信协议，没有统一的时钟信号，数据传输完全依赖于发送和接收设备之间的同步，时序完全靠软件来控制和测量，带来了更高的实现难度和出错的风险。

在实际应用中，许多设备的基础通信都使用USART，这也是因为USART协议在很多情况下是最为通用且具备足够灵活性的标准。尽管它实现较为复杂，但其异步特性在一些特定场合（如无需时钟信号、长距离通信等）下仍具有不可替代的优势。因此，虽然USART的时序和同步管理比SPI和I2C复杂，但它仍在很多嵌入式应用中占有一席之地。

进军下一章节！！！！！ 时间2024.12.26  20：51 地点：苏州