高速数据传输利器：STM32单片机SPI编程精要，畅通数据传输之路

 # 1. STM32单片机SPI总线简介** SPI（串行外围设备接口）总线是一种广泛用于嵌入式系统中的同步串行通信协议。STM32单片机集成了SPI接口，可方便地与外部设备进行数据交换。 SPI总线采用主从模式，主设备负责控制通信过程，从设备则响应主设备的命令。SPI总线通常由四根信号线组成：SCK（时钟）、MOSI（主设备输出，从设备输入）、MISO（主设备输入，从设备输出）和SS（片选）。 SPI总线具有以下特点：全双工通信、高数据传输速率、低引脚数、易于实现等。在嵌入式系统中，SPI总线常用于连接传感器、存储器、显示器等外围设备。 # 2. SPI编程理论基础 ### 2.1 SPI协议的原理和特点 SPI（串行外围接口）是一种同步串行通信协议，用于在微控制器和外围设备之间传输数据。它是一种四线制接口，包括时钟线（SCK）、主设备输出数据线（MOSI）、从设备输入数据线（MISO）和片选线（CS）。 SPI协议的特点包括： - **全双工通信：**MOSI和MISO线允许同时发送和接收数据。 - **同步传输：**SCK线提供同步时钟信号，确保数据在预定义的时间间隔内传输。 - **主从模式：**一个主设备控制通信，而一个或多个从设备响应主设备的请求。 - **片选：**CS线用于选择要通信的从设备。 ### 2.2 STM32单片机SPI硬件架构 STM32单片机集成了SPI硬件模块，提供灵活的配置选项。SPI模块的硬件架构包括： - **控制寄存器：**控制SPI操作的寄存器，包括数据格式、时钟极性和相位等设置。 - **发送缓冲区：**存储要发送的数据。 - **接收缓冲区：**存储接收到的数据。 - **状态寄存器：**指示SPI模块的状态，例如传输完成或错误标志。 #### 代码块：STM32 SPI模块初始化 ```c // 初始化SPI模块 void SPI_Init(SPI_TypeDef *SPIx) { // 启用SPI时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE); // 设置SPI控制寄存器 SPIx->CR1 = (SPI_BaudRatePrescaler_2 | SPI_Mode_Master | SPI_Direction_2Lines_FullDuplex | SPI_CPOL_High | SPI_CPHA_2Edge); // 设置SPI数据格式 SPIx->CR2 = (SPI_DataFormat_8bit | SPI_NSS_Soft | SPI_SSM_Enable | SPI_SSI_Disable); // 启用SPI模块 SPI_Cmd(SPIx, ENABLE); } ``` #### 代码逻辑分析 该代码块初始化STM32 SPI模块。它首先启用SPI时钟，然后设置控制寄存器（CR1）以配置SPI模式、时钟极性和相位。接下来，它设置数据格式寄存器（CR2）以配置数据格式和NSS引脚模式。最后，它启用SPI模块。 #### 参数说明 - `SPIx`：要初始化的SPI模块（例如，SPI1） - `SPI_BaudRatePrescaler_2`：时钟预分频器，将SPI时钟频率除以2 - `SPI_Mode_Master`：配置SPI模块为主机模式 - `SPI_Direction_2Lines_FullDuplex`：配置SPI模块为全双工模式 - `SPI_CPOL_High`：配置时钟极性为高电平 - `SPI_CPHA_2Edge`：配置时钟相位为第二个时钟沿 - `SPI_DataFormat_8bit`：配置数据格式为8位 - `SPI_NSS_Soft`：配置片选引脚为软件控制 - `SPI_SSM_Enable`：启用从设备选择管理 - `SPI_SSI_Disable`：禁用从设备选择输入 # 3. SPI编程实践技巧 ### 3.1 SPI接口的配置和初始化 #### 3.1.1 SPI接口配置 STM32单片机中，SPI接口的配置主要通过寄存器操作实现。以下为关键寄存器及其功能： | 寄存器 | 功能 | |---|---| | CR1 | 控制寄存器，配置SPI模式、数据大小、时钟极性和相位 | | CR2 | 控制寄存器，配置NSS、中断、DMA等功能 | | SR | 状态寄存器，反映SPI接口的状态 | | DR | 数据寄存器，用于发送和接收数据 | #### 3.1.2 SPI接口初始化 SPI接口初始化过程包括以下步骤： 1. 使能SPI外设时钟 2. 配置SPI引脚功能 3. 设置SPI控制寄存器（CR1、CR2） 4. 设置SPI波特率 5. 使能SPI接口 ```c // 初始化SPI接口 void SPI_Init(void) { // 1. 使能SPI外设时钟 RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_SPI1EN; // 2. 配置SPI引脚功能 GPIOA->CRH &= ~(GPIO_CRH_MODE12 | GPIO_CRH_CNF12); GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE12_1 | GPIO_CRH_CNF12_1; // PA6设置为复用推挽输出 GPIOA->CRH &= ~(GPIO_CRH_MODE13 | GPIO_CRH_CNF13); GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE13_1 | GPIO_CRH_CNF13_0; // PA7设置为输入浮空 GPIOA->CRH &= ~(GPIO_CRH_MODE14 | GPIO_CRH_CNF14); GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE14_1 | GPIO_CRH_CNF14_1; // PA8设置为复用推挽输出 GPIOA->CRH &= ~(GPIO_CRH_MODE15 | GPIO_CRH_CNF15); GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE15_0 | GPIO_CRH_CNF15_0; // PA9设置为输入浮空 // 3. 设置SPI控制寄存器 SPI1->CR1 = 0; // 复位SPI控制寄存器 SPI1->CR1 |= SPI_CR1_MSTR; // 主模式 SPI1->CR1 |= SPI_CR1_BR_2; // 波特率分频系数为2 SPI1->CR1 |= SPI_CR1_CPOL; // 时钟极性为高电平 SPI1->CR1 |= SPI_CR1_CPHA; // 时钟相位为第一个时钟沿采样 // 4. 设置SPI波特率 SPI1->CR1 |= SPI_CR1_SPE; // 使能SPI接口 } ``` ###