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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，總線上只能是一個主機和一個從機進行通信。

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

SPI系統(tǒng)連接

SPI總線可在軟件的控制下構(gòu)成各種簡單或復雜的系統(tǒng)。
在這里插入圖片描述

SPI通信工作原理

SPI的基本結(jié)構(gòu)相當于兩個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。從而實現(xiàn)了主機與從機的數(shù)據(jù)交換。
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SPI框圖

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分析：
①首先看SCK 管腳，通過波特率發(fā)生器產(chǎn)生時鐘信號，這個信號可以出去給從機使用，也可以進來給自己驅(qū)動 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，比如控制的CRCERR（CRC校驗錯誤）、MODF（模式）、OVR（數(shù)據(jù)溢出），就會在SPI_SR的相應(yīng)位置1。通信控制出來的信號連接著 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進來，進入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，會自動放到 RX BUFFER 中，我們可以通過 RX BUFFER可以讀取數(shù)據(jù)。當我們要發(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通信的幾個步驟

1.SPI主從模式

在這里插入圖片描述

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。（這兩個位都在SPI_CR1寄存器中都可以設(shè)置）,作為從機，片選要接地，可以硬件實現(xiàn)也可以軟件實現(xiàn)，接電源是作主機

2.時鐘信號的相位和極性

SPI接口可由CPOL和CPHA設(shè)定4種不同傳輸格式的時序。（CPOL和CPHA在SPI_CR1寄存器中）
CPOL決定時鐘脈沖SCK的有效脈沖方式（正脈沖、負脈沖）。CPHA決定數(shù)據(jù)線MOSI什么時候輸出數(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。

在這里插入圖片描述
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），是負脈沖（空閑時高電平，來數(shù)據(jù)下降沿）；當CPHA=0，數(shù)據(jù)是先出來的，即比上方的SCK的電平變化（時鐘輸出）要快，大概快半拍，我們稱之為數(shù)據(jù)傳輸相位超前；當CPHA=1，SCK的電平變化之后數(shù)據(jù)才會出來，相位是同步的，當在SCK的第二個上升沿或者下降沿的時候才開始數(shù)據(jù)采集

4種時序下的數(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)與時鐘的相位關(guān)系如下圖：
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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)位時可以MSB在先也可以LSB在先。
根據(jù)SPI_CR1寄存器的DFF位，每個數(shù)據(jù)幀可以是8位或是16位。所選擇的數(shù)據(jù)幀格式對發(fā)送和/或接收都有效。

SPI主模式通信

在主模式時，串行時鐘在SCK腳產(chǎn)生。
配置步驟：

通過 SPI_CR1寄存器的 BR[2:0]位定義串行時鐘波特率
選擇 CPOL和CPHA 位，定義數(shù)據(jù)傳輸和串行時鐘間的相位關(guān)系
設(shè)置 DFF 位來定義8或16位數(shù)據(jù)幀格式
配置 SPI_CR1寄存器的 LSBFIRST 位定義幀格式
如果 NSS 引腳需要工作在輸入模式，硬件模式中在整個數(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
必須設(shè)置 MSTR 和 SPE 位(只當 NSS 腳被連到高電平.這些位才能保持置位)
在這個配置中， 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、當一字節(jié)寫進發(fā)送緩沖器時，發(fā)送過程開始。
2、在發(fā)送第一個數(shù)據(jù)位時，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 TXE 標志應(yīng)該是1

數(shù)據(jù)接收過程

當數(shù)據(jù)傳輸完成時：
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 標志被置位(硬件接受滿自動置位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， 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)時鐘

SEG_Init();

//========實現(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); //高速時鐘使能

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

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播放器當前播放歌曲序號，播放第1首時4位數(shù)碼管顯示0001，依次排列

* 作者：劉斌

* 時間： 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IO口結(jié)構(gòu)體變量

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

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE); // 使能APB2外設(shè)GPIOA時鐘

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE); // 使能APB2外設(shè)GPIOB時鐘

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC , ENABLE); // 使能APB2外設(shè)GPIOC時鐘

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE , ENABLE); // 使能APB2外設(shè)GPIOE時鐘

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1 , ENABLE); // 使能APB2外設(shè)SPI1時鐘

//==========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