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STM32 SPI 主从模式

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种高速、全双工的同步通信协议，广泛用于微控制器与外围设备（如传感器、存储器、显示器等）之间的通信。STM32 微控制器支持 SPI 主从模式，本教程将详细介绍这两种模式的工作原理、配置方法以及实际应用。

什么是 SPI 主从模式？​

在 SPI 通信中，存在两种角色：主设备（Master） 和 从设备（Slave）。主设备负责生成时钟信号（SCK）并控制通信的启动和结束，而从设备则根据主设备的时钟信号进行数据交换。SPI 通信通常需要四根信号线：

  • SCK（Serial Clock）：时钟信号，由主设备生成。
  • MOSI（Master Out Slave In）：主设备发送数据，从设备接收数据。
  • MISO（Master In Slave Out）：从设备发送数据，主设备接收数据。
  • NSS（Slave Select）：从设备选择信号，由主设备控制。
备注

SPI 是一种全双工通信协议，意味着主设备和从设备可以同时发送和接收数据。

SPI 主模式配置​

在 STM32 中，配置 SPI 主模式需要设置以下参数：

  1. 时钟极性（CPOL）：决定时钟信号的空闲状态。

    • CPOL = 0：时钟空闲时为低电平。
    • CPOL = 1：时钟空闲时为高电平。

  2. 时钟相位（CPHA）：决定数据采样的时机。

    • CPHA = 0：数据在时钟的第一个边沿采样。
    • CPHA = 1：数据在时钟的第二个边沿采样。

  3. 数据帧格式：通常为 8 位或 16 位。

  4. 波特率：决定通信速度。

以下是一个配置 SPI 主模式的代码示例：

c
#include "stm32f4xx_hal.h"

SPI_HandleTypeDef hspi;

void SPI_Init(void) {
    hspi.Instance = SPI1;
    hspi.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
    hspi.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
    hspi.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
    hspi.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
    hspi.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
    hspi.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
    hspi.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;
    hspi.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
    hspi.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
    hspi.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
    hspi.Init.CRCPolynomial = 10;
    HAL_SPI_Init(&hspi);
}
提示

在实际应用中，确保主设备和从设备的 CPOL 和 CPHA 设置一致，否则通信将失败。

SPI 从模式配置​

在从模式下，STM32 的 SPI 外设会根据主设备的时钟信号进行数据交换。从设备的配置与主设备类似，但需要将模式设置为 SPI_MODE_SLAVE。

以下是一个配置 SPI 从模式的代码示例：

c
#include "stm32f4xx_hal.h"

SPI_HandleTypeDef hspi;

void SPI_Init(void) {
    hspi.Instance = SPI1;
    hspi.Init.Mode = SPI_MODE_SLAVE;
    hspi.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
    hspi.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
    hspi.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
    hspi.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
    hspi.Init.NSS = SPI_NSS_HARD_INPUT;
    hspi.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
    hspi.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
    hspi.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
    hspi.Init.CRCPolynomial = 10;
    HAL_SPI_Init(&hspi);
}

主从通信示例​

以下是一个简单的 SPI 主从通信示例，主设备发送数据，从设备接收并返回数据。

主设备代码​

c
uint8_t txData = 0x55;
uint8_t rxData;

HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi, &txData, &rxData, 1, HAL_MAX_DELAY);

从设备代码​

c
uint8_t rxData;
uint8_t txData = 0xAA;

HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi, &txData, &rxData, 1, HAL_MAX_DELAY);
警告

在实际应用中，确保主设备和从设备的波特率设置一致，否则通信将失败。

实际应用场景​

SPI 主从模式广泛应用于以下场景：

  1. 传感器数据采集：主设备（如 STM32）通过 SPI 从传感器（如温度传感器、加速度计）读取数据。
  2. 存储器读写：主设备通过 SPI 与外部存储器（如 Flash、EEPROM）进行数据交换。
  3. 显示器控制：主设备通过 SPI 控制 LCD 或 OLED 显示器。

总结​

本教程详细介绍了 STM32 的 SPI 主从模式，包括基本概念、配置方法、代码示例以及实际应用场景。通过本教程，您应该能够理解并实现 SPI 主从通信。

附加资源与练习​

  1. 练习：尝试配置两个 STM32 开发板，一个作为主设备，另一个作为从设备，实现双向通信。
  2. 参考文档：STM32 官方参考手册和 HAL 库文档。
  3. 进阶学习：探索 SPI 的多从设备通信模式，了解如何使用硬件 NSS 信号管理多个从设备。
注意

在实际开发中，务必注意 SPI 的时序和信号完整性，避免通信错误。