STM32 SPI詳解

一、SPI 簡介

SPI(Serial Peripheral Interface)串列外設介面，是一種同步的串列通信匯流排，可以實現高速全雙工通信，主要應用於晶元之間的通信。SPI 匯流排上的設備主要包括主控晶元和從設備。其中主控晶元通過 SPI 匯流排來對從設備進行控制和數據傳輸操作。

二、SPI 匯流排的時序和傳輸方式

SPI 匯流排上的通信包括 4 條線 SCLK、MOSI、MISO 和 SS：

• SCLK：SPI 時鐘，由主設備（MCU）發出，配合數據線進行同步傳輸
• MOSI：主設備發送數據到從設備
• MISO：從設備發送數據到主設備
• SS：片選信號，選擇要通信的從設備

通信的時序圖如下：

 SCLK       ________          ________          ________
           |        |________|        |________|        |
 MOSI       _____   ________   ________   ________   ____
           |     |_|        |_|        |_|        |_|    |
 MISO _____   ________   ________   ________   ________   ___
           |________|_|        |_|        |_|        |_|
 SS         ________          ________          ________
           |        |________|        |________|        |
 

SPI 匯流排可以採用 3 種傳輸方式：

1. 全雙工傳輸：主設備和從設備同時發送和接收數據
2. 半雙工傳輸：主設備和從設備可以交替地發送和接收數據
3. 單向傳輸：主設備或從設備只發送或只接收數據

這三種傳輸方式可以通過控制 SCLK 線的波特率和時鐘相位來實現。

三、STM32 SPI 的配置

下面以 STM32F4 系列為例，介紹如何使用它內部的 SPI 介面。

首先需要開啟 SPI 時鐘：

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE);

然後進行 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 都是復用的引腳，因此需要將它們的模式設置為 AF 模式。然後開啟 SPI 時鐘以後，需要設置 SPI 介面的參數：

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);

這裡設置了 SPI 的工作模式、數據大小、時鐘極性和時鐘相位等參數，同時也啟用了 SPI 介面。

四、SPI 數據傳輸

SPI 數據傳輸主要包括兩個 API 函數：SPI_I2S_SendData() 和 SPI_I2S_ReceiveData()。

這裡演示以 STM32F4 為例使用 DMA 實現 SPI 數據傳輸的步驟。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);

然後啟動 DMA 傳輸：

DMA_Cmd(DMA1_Stream4, ENABLE);
while (DMA_GetFlagStatus(DMA1_Stream4, DMA_FLAG_TCIF4) == RESET);
DMA_ClearFlag(DMA1_Stream4, DMA_FLAG_TCIF4);

這裡的關鍵點在於要等待 DMA 傳輸完成後再進行數據處理。

五、SPI 的應用場景

SPI 介面通常用於晶元之間的通信，如常用的 MP3 模塊、OLED 顯示屏、感測器等等。同時也可以用於擴展晶元與主晶元之間的通信。

六、總結

本文詳細介紹了 STM32 SPI 的基本原理、配置和數據傳輸的方法，以及 SPI 在各種應用場景下的具體應用。通過本文的學習，可以更好地理解和應用 SPI 介面。