STM32 SPI详解

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：

1. 全双工传输：主设备和从设备同时发送和接收数据
2. 半双工传输：主设备和从设备可以交替地发送和接收数据
3. 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。