SPI串行接口

SPI是由Motorala公司提出的一種同步串行外圍接口。它在速度要求不高、低功耗、需保存少量參數(shù)的智能化傳感系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。
SPI是一個(gè)全雙工的同步串行接口。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，總線上只能是一個(gè)主機(jī)和一個(gè)從機(jī)進(jìn)行通信。

1、MISO（Master In Slave Out）
主機(jī)輸入、從機(jī)輸出信號(hào)。
2、MOSI（Master Out Slave In）
主機(jī)輸出、從機(jī)輸入信號(hào)。
3、SCK（Serial Clock）
串行時(shí)鐘信號(hào)。（用來同步使用的）
4、SS（Slave Select）
從機(jī)選擇信號(hào)，低電平有效。

SPI系統(tǒng)連接

SPI總線可在軟件的控制下構(gòu)成各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜的系統(tǒng)。

SPI通信工作原理

SPI的基本結(jié)構(gòu)相當(dāng)于兩個(gè)8位移位寄存器的首位相接，構(gòu)成16位的環(huán)形移位寄存器。從而實(shí)現(xiàn)了主機(jī)與從機(jī)的數(shù)據(jù)交換。

SPI框圖

分析：
①首先看SCK 管腳，通過波特率發(fā)生器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以出去給從機(jī)使用，也可以進(jìn)來給自己驅(qū)動(dòng) COMMUNICATION CONTROL(通信控制)，其中波特率發(fā)生器由BR0、BR1、BR2控制，由這三個(gè)值來決定波特率的速度，通信控制受MSTR、SSM、SSI控制
，如果通信控制出錯(cuò)，比如控制的CRCERR（CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤）、MODF（模式）、OVR（數(shù)據(jù)溢出），就會(huì)在SPI_SR的相應(yīng)位置1。通信控制出來的信號(hào)連接著 MASTER CONTROL LOGIC(主控邏輯電路)，中控邏輯電路控制著MOSI、MISO這一塊。
②數(shù)據(jù)從MISO進(jìn)來，進(jìn)入SHIFT REGISTER(移位寄存器)，移位寄存器數(shù)據(jù)一旦8位接收完整之后，會(huì)自動(dòng)放到 RX BUFFER 中，我們可以通過 RX BUFFER可以讀取數(shù)據(jù)。 當(dāng)我們要發(fā)送內(nèi)容，就是通過總線（地址總線，數(shù)據(jù)總線）將數(shù)據(jù)寫入 TX BUFFER 中去，然后送到移位寄存器 ，數(shù)據(jù)一旦8位接收完整之后，可以通過MOSI將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

SPI通信的幾個(gè)步驟

1.SPI主從模式

設(shè)置MSTR（主設(shè)備選擇）和SPE位（使能位）來選擇是否工作在主模式還是從模式下。（這兩個(gè)位都在SPI_CR1寄存器中都可以設(shè)置）,作為從機(jī)，片選要接地，可以硬件實(shí)現(xiàn)也可以軟件實(shí)現(xiàn)，接電源是作主機(jī)

2.時(shí)鐘信號(hào)的相位和極性

SPI接口可由CPOL和CPHA設(shè)定4種不同傳輸格式的時(shí)序。（CPOL和CPHA在SPI_CR1寄存器中）
CPOL決定時(shí)鐘脈沖SCK的有效脈沖方式（正脈沖、負(fù)脈沖）。CPHA決定數(shù)據(jù)線MOSI什么時(shí)候輸出數(shù)據(jù)或采集數(shù)據(jù)。
根據(jù)CPOL和CPHA的組合數(shù)目，一共有4種設(shè)置情況。

分析：
CPOL決定了脈沖的方式，第一行（CPOL=0），是正脈沖，第二行（CPOL=1），是負(fù)脈沖（空閑時(shí)高電平，來數(shù)據(jù)下降沿）；當(dāng)CPHA=0，數(shù)據(jù)是先出來的，即比上方的SCK的電平變化（時(shí)鐘輸出）要快，大概快半拍，我們稱之為數(shù)據(jù)傳輸相位超前；當(dāng)CPHA=1，SCK的電平變化之后數(shù)據(jù)才會(huì)出來，相位是同步的，當(dāng)在SCK的第二個(gè)上升沿或者下降沿的時(shí)候才開始數(shù)據(jù)采集

4種時(shí)序下的數(shù)據(jù)傳輸，其中“第一位數(shù)據(jù)的輸出”和“其他位數(shù)據(jù)的輸出”欄是表示數(shù)據(jù)在什么時(shí)候更新輸出。還需注意數(shù)據(jù)采樣是上升沿還是下降沿有效。

數(shù)據(jù)與時(shí)鐘的相位關(guān)系如下圖：

3.數(shù)據(jù)幀的格式

根據(jù)SPI_CR1寄存器中的LSBFIRST位，輸出數(shù)據(jù)位時(shí)可以MSB在先也可以LSB在先。
根據(jù)SPI_CR1寄存器的DFF位，每個(gè)數(shù)據(jù)幀可以是8位或是16位。所選擇的數(shù)據(jù)幀格式對(duì)發(fā)送和/或接收都有效。

SPI主模式通信

在主模式時(shí)，串行時(shí)鐘在SCK腳產(chǎn)生。
配置步驟：

1. 通過 SPI_CR1寄存器的 BR[2:0]位定義串行時(shí)鐘波特率

2. 選擇 CPOL和CPHA 位，定義數(shù)據(jù)傳輸和串行時(shí)鐘間的相位關(guān)系

3. 設(shè)置 DFF 位來定義8或16位數(shù)據(jù)幀格式

4. 配置 SPI_CR1寄存器的 LSBFIRST 位定義幀格式

5. 如果 NSS 引腳需要工作在輸入模式，硬件模式中在整個(gè)數(shù)據(jù)幀傳輸期間應(yīng)把 NSS 腳連接到髙電平：在軟件模式中，需設(shè)置 SPI_CR1寄存器的 SSM 和 SSI 位 。 如 果 NSS 引腳工作在輸出模式.則只需設(shè)置 SSOE 位

6. 必須設(shè)置 MSTR 和 SPE 位(只當(dāng) NSS 腳被連到高電平.這些位才能保持置位)
   在這個(gè)配置中， MOSI 腳是數(shù)據(jù)輸出，而 MISO 腳是數(shù)據(jù)輸入。

數(shù)據(jù)發(fā)送過程

1、 當(dāng)一字節(jié)寫進(jìn)發(fā)送緩沖器時(shí)，發(fā)送過程開始。
2、 在發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)位時(shí)，數(shù)據(jù)字被并行地(通過內(nèi)部總線–TX BUFFER)傳入移位寄存器，而后串行地移出到 MOSI 腳上； MSB 在先還是 LSB 在先，取決于 SPI_CR1寄存器中的 LSBFIRST 位。數(shù)據(jù)從發(fā)送緩沖器傳輸?shù)揭莆患拇嫫?TXE 標(biāo)志將被置位，如果設(shè)置 SPI_CR1寄存器中的 TXEIE 位，將產(chǎn)生中斷。
3、 在試圖寫發(fā)送緩沖器之前，需確認(rèn) TXE 標(biāo)志應(yīng)該是1

數(shù)據(jù)接收過程

當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完成時(shí)：
1、 移位寄存器里的數(shù)據(jù)傳送到接收緩沖器（8位–>RX BUFFER），并且 RXNE 標(biāo)志被置位(硬件接受滿自動(dòng)置位1)。如果 SPI_CR2寄存器中的 RXEIE 位被設(shè)置，則產(chǎn)生中斷。
2、 讀 SPI_ DR 寄存器時(shí)， SPI 設(shè)備返回接收到的數(shù)據(jù)字。讀 SPI_DR 寄存器將清除RXNE 位（也是硬件自動(dòng)清零）。

數(shù)碼管顯示 123.4

main.c

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/

#include "stm32f10x_lib.h"   //包含了所有的頭文件 它是唯一一個(gè)用戶需要包括在自己應(yīng)用中的文件，起到應(yīng)用和庫之間界面的作用。

#include "../Module_Function/Module.h"

#include

TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;

ErrorStatus  HSEStartUpStatus;

void Delay_Ms(u16 time);

void RCC_Configuration(void);

void GPIO_Configuration(void);

/* Private functions ---------------------------------------------------------*/ 

/*******************************************************************************

* Function Name  : main

* Description    : Main program.

* Input          : None

* Output         : None

* Return         : None

*******************************************************************************/

int main(void)

{

// u16 i=0,j;

#ifdef DEBUG

  debug();

#endif

  RCC_Configuration();//使能外設(shè)時(shí)鐘

SEG_Init();

//========實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示==========

  while (1)

  {

/*for(i=0;i<9999;i++)

{

for(j=0;j<500;j++)

SEG_Display(i,0);

} */   

SEG_Display(1234,3);

  }

}

/*******************************************************************************

* Function Name  : Delay_Ms

* Description    : delay 1 ms.

* Input          : time (ms)

* Output         : None

* Return         : None

*******************************************************************************/

void Delay_Ms(u16 time)  //延時(shí)函數(shù)

{ 

u16 i,j;

for(i=0;i  for(j=1000;j>0;j--);

}

/*******************************************************************************

* Function Name  : RCC_Configuration

* Description    : Configures the different system clocks.

* Input          : None

* Output         : None

* Return         : None

*******************************************************************************/

void RCC_Configuration(void) 

{

//==========================使用外部RC晶振========================================

  RCC_DeInit(); //初始化為缺省狀態(tài)

  RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);  //高速時(shí)鐘使能

  while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSERDY) == RESET);  //等待高速時(shí)鐘使能就緒

    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable); //Enable Prefetch Buffer 

    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);   // Flash 2 wait state 

    RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); // HCLK = SYSCLK 

    RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); // PCLK2 = HCLK 

    RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);   // PCLK1 = HCLK/2 

    RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9); // PLLCLK = 8MHz * 9 = 72 MHz  

    RCC_PLLCmd(ENABLE);   // Enable PLL 

    while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET); // Wait till PLL is ready 

    RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);   // Select PLL as system clock source 

    while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08); // Wait till PLL is used as system clock source 

}

Seg_Module.c

/****************************************************************************

* 版權(quán)： 源享教育（www.yxarm.net）

* 文件： Seg_Module.c

* 版本： 1.0

* 說明： MP3播放器當(dāng)前播放歌曲序號(hào)，播放第1首時(shí)4位數(shù)碼管顯示0001，依次排列

* 作者： 劉斌

* 時(shí)間： 2011.6.21

* 說明： 數(shù)碼管段顯由HC595控制，位顯由IO口SEG_A1/SEG_A2/SEG_A3/SEG_A4控制。

* HC595使用SPI通信方式，Cortex M3的SPI使用步驟如下：

* 1、使能APB2外設(shè)SPI1時(shí)鐘：RCC_APB2PeriphClockCmd();

* 2、將外設(shè)SPI寄存器重設(shè)為缺省值：SPI_I2S_DeInit();

* 3、初始化外設(shè)SPI寄存器：SPI_Init();

* 4、使能APB2外設(shè)SPI：SPI_Cmd();

* 5、調(diào)用SPI數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)：SPI_I2S_SendData();

------------------------------修改記錄--------------------------------------

* 修改功能：

* 修改時(shí)間：

* 修改作者：

* 遺留問題：

****************************************************************************/

#include "stm32f10x_lib.h"   //包含了所有的頭文件 它是唯一一個(gè)用戶需要包括在自己應(yīng)用中的文件，起到應(yīng)用和庫之間界面的作用。

#define HC595_nCS GPIO_Pin_0 //HC595_nCS = PA0

#define HC595_RCK GPIO_Pin_1 //HC595_RCK = PA1

#define SEG_A1 GPIO_Pin_8 //SEG_A1 = PC8

#define SEG_A2 GPIO_Pin_15 //SEG_A2 = PB15

#define SEG_A3 GPIO_Pin_9 //SEG_A3 = PC9

#define SEG_A4 GPIO_Pin_8 //SEG_A4 = PE8

u8 const NumberTube_TAB[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//數(shù)碼管0~9

/*******************************************************************************

* Function Name  : SEG_Init

* Description    : SEG數(shù)碼管引腳，SPI1引腳初始化

* Input          : None

* Return         : None

*******************************************************************************/

void SEG_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 聲明一個(gè)IO口結(jié)構(gòu)體變量

SPI_InitTypeDef SPI1_InitStructure; //聲明一個(gè)SPI結(jié)構(gòu)體變量

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE); // 使能APB2外設(shè)GPIOA時(shí)鐘

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE); // 使能APB2外設(shè)GPIOB時(shí)鐘

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC , ENABLE); // 使能APB2外設(shè)GPIOC時(shí)鐘

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE , ENABLE); // 使能APB2外設(shè)GPIOE時(shí)鐘

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1 , ENABLE); // 使能APB2外設(shè)SPI1時(shí)鐘

    //==========PA口IO結(jié)構(gòu)體初始化============

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HC595_nCS|HC595_RCK; //選擇PA.0，PA.1

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //管腳頻率為50MHZ

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //模式為推挽輸出

  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);    //初始化GPIOA寄存器

//==========PB口IO結(jié)構(gòu)體初始化============

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SEG_A2; //選擇PB.15

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //管腳頻率為50MHZ

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //模式為推挽輸出

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);    //初始化GPIOB寄存器

//==========PC口IO結(jié)構(gòu)體初始化============

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SEG_A1|SEG_A3; //選擇PC.8，PC.9

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //管腳頻率為50MHZ

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //模式為推挽輸出

  GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);    //初始化GPIOC寄存器

//==========PE口IO結(jié)構(gòu)體初始化============

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SEG_A4; //選擇PE.8

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //管腳頻率為50MHZ

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //模式為推挽輸出

  GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);    //初始化GPIOE寄存器

//==========SPI1復(fù)用功能初始化============

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7; //選擇PA.4，PA.5, PA.6，PA.7

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //管腳頻率為50MHZ

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //模式為復(fù)用推挽輸出 （SPI1）

  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);    //初始化GPIOA寄存器

//==========設(shè)置SPI1工作模式==============

SPI1_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //SPI設(shè)置為雙線雙向全雙工

SPI1_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //設(shè)置為主SPI

SPI1_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //SPI發(fā)送接收8位幀結(jié)構(gòu)

SPI1_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; //CPOL = 1

SPI1_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; //CPHA = 0

SPI1_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Hard; //NSS由外部管腳管理

SPI1_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64;//分頻值為64

SPI1_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //數(shù)據(jù)傳輸LSB(低位)開始

SPI1_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;

SPI_I2S_DeInit(SPI1); //將外設(shè)SPI1寄存器重設(shè)為缺省值 ；

SPI_Init(SPI1, &SPI1_InitStructure);//初始化外設(shè)SPI1寄存器

//==========使能SPI1========================

SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);//使能SPI1外設(shè)

GPIO_ResetBits(GPIOA, HC595_nCS);

}

/*******************************************************************************