STM32学习笔记【30.SPI总线】

前言

本文主要介绍SPI相关理论知识，其物理架构、工作原理、工作模式以及寄存器和库函数等内容，更全面的了解SPI。

IIC 与 SPI对比

1. IIC是半双工通讯，无法同时收发信息【发时无法收，收时无法发】；SPI是全双工通讯，可以同时收发信息；
2. IIC通讯协议较复杂，而SPI通讯协议较简单
3. IIC需要通过地址选择从机，而SPI只需一个引脚即可选中从机；【与从机通信，拉低该引脚既可】
4. IIC通讯速率一般为100kHz左右，而SPI可以达到50MHz【速率快】
5. IIC需要的通讯线较少，而SPI需要的通讯线较多。

一、SPI是什么？

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的、全双工、同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200。

二、SPI物理架构

SPI总线包含4条通讯线，分别为SS、SCK、MOSI、MISO。它们的作用介绍如下：
（1）MISO- Master Input Slave Output, 主设备数据输入，从设备数据输出
（2）MOSI- Master Output Slave Input，主设备数据输出，从设备数据输入
（3）SCK- Serial Clock，时钟信号，由主设备产生
（4）SS(CS)- Chip Select， 片选信号，由主设备控制

STM32F1系列芯片有3个SPI接口。

三、SPI工作原理

只发送：不管从机收到什么就行
只接收：随便发一点东西，把从机的内容接收过来。

正常发0xFF，把从机数据交换过来。

SPI框图

四、 SPI工作模式【4种工作模式】

思考：SPI通过波特率发生器，来一个时钟进行一次移位，思考时钟是上升沿触发还是下降沿触发？高电平触发还是低电平触发？
需要知道【时钟极性】和【时钟相位】

时钟极性【CPOL】
没有数据传输时时钟线的空闲状态电平
0：SCK在空闲状态保持低电平
1：SCK在空闲状态保持高电平

时钟相位（CPHA）：
时钟线在第几个时钟边沿采样数据
0：SCK的第一（奇数）边沿进行数据位采样，数据在第一个时钟边沿被锁存
1：SCK的第二（偶数）边沿进行数据位采样，数据在第二个时钟边沿被锁存

模式0和模式3最常用

模式0时序图：
CS片选信号，先拉低，再拉高
CLK:高低→高低
橙色线进行采样

模式3相反，偶数边沿采样

五、SPI寄存器介绍

1. SPI控制寄存器1(SPI_CR1)(I2S模式下不使用)

BIDIMODE：双向数据模式使能，可选择是全双工还是半双工模式。
DFF：数据帧格式 (Data frame format)。可配置8位或16位。
SSM：软件从设备管理，控制NSS引脚
LSBFIRST：帧格式
SPE：SPI使能，设置1用SPI
BR[2:0]：波特率控制
MSTR：主设备选择，0——从设备；1——主设备
CPOL：时钟极性
CPHA：时钟相位

2. SPI控制寄存器2(SPI_CR2)

TXEIE：发送缓冲区空中断使能
RXNEIE：接收缓冲区非空中断使能

3. SPI 状态寄存器(SPI_SR)

TXE：发送缓冲为空,1为空 TDR
RXNE：接收缓冲非空，1为非空 RDR

4. SPI 数据寄存器(SPI_DR)

数据寄存器对应两个缓冲区：一个用于写(发送缓冲)【TDR】；另外一个用于读(接收缓冲)【RDR】。写操作将数据写到发送缓冲区；读操作将返回接收缓冲区里的数据。

六、库函数

HAL_SPI_Init();// 发送与接收函数，操作DR寄存器HAL_SPI_TransmitReceive();// 数据量大，用DMAHAL_SPI_TransmitReceive_DMA();// 中断HAL_SPI_TransmitReceive_IT();

SPI理论部分到这结束，但SPI是一个通信接口，需要一个设备进行通信。【W25Q128设备】

总结

SPI是串行外设接口，是一种高速的、全双工、同步的通信总线。其速度能达到几十Mbps，甚至上百Mbps。
它需要四根线，分别为SCK、MOSI、MISO、SS。MOSI、MISO可以同时传输数据，效率高，无复杂协议，主机拉低片选信号，开始传输时钟和数据。
缺点是多一个从机，多一个SS线，IO口消耗大，虽然可以用译码器扩展，但没有I2C省IO口。
SPI没有标准的协议规范，时钟极性、相位要配置对才能通信。
应用场景上，高速设备首选SPI，Flash存储器、SD卡、高速ADC、DAC、无线模块，都是对高速有要求的。