stm32 SPI通信[操作寄存器+库函数]

Neil Pan

2012-07-14

SPI(Serial Peripheral Interface–串行外设接口) 总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。 SPI是Freescale(原 Motorola)公司首先在其处理器上定义的。

SPI是一种高速、主从式、全双工、同步传输的通信总线，SPI总线在物理层体现为四根传输线：

MOSI (Master Output Slaver Input) – 主器件数据输出，从器件数据输入 MISO (Master Input Slaver Output) – 主器件数据输入，从器件数据输出
SCLK – 时钟信号，由主器件产生 NSS – 从器件使能信号，由主器件控制,有的IC会标注为CS(Chip select)

CS线用于控制片选信号，当一个SPI从设备的CS线识别到了预先规定的片选电平，则该设备被选中。显然可以通过CS线，完成“一主多从”的SPI网络架设，在进行“一主一从”的SPI通信时，SPI并不是必须的。

SPI总线传输数据时，由主机的SCLK线提供时钟脉冲，从机被动的接收时钟脉冲。主机在数据发送前，将数据写入数据寄存器，等待时钟脉冲移位输出，每个脉冲周期传输1位数据。从机在主机的数据发送中，依靠主机的时钟，将从机的数据寄存器内容移位发送。所以要实现主从数据交换，在时钟信号前，主机从机都必须先将数据写入数据寄存器，并且从机必须在主机前写入，然后由主机的SCLK时钟驱动发送。不注意这个问题很容易造成SPI接收的数据错位。

这样的全双工、同步传输完全依赖于主机控制的时钟线SCLK，而且SCLK上只有数据传输的时候才有时钟信号。主机向从机发送数据不会有问题，但是如果从机主动向主机发送数据呢？

从机要发送数据，必须要有SCLK的时钟，所以只能主机发送一个DUMMY（哑巴）字节，产生时钟，来实现和从机的数据交换。从设备只能被动发送数据，无法主动发送数据。

本例实现通过将STM32上的2个SPI接口对接，进行一个简单的数据交换。使用SPI1作为主设备，SPI2作为从设备，通过串口查看数据通信的情况。

实现结果如下：

直接操作寄存器

首先配置SPI主机的频率

SPI1设备属于高速设备，隶属APB2总线，最大时钟72Mhz;

SPI2属于低速设备，隶属APB1总线，最大36Mhz。

在控制寄存器中设置时钟分频值，设置时钟极性和相位等。程序中有注释，详见代码：

User/main.c （system.h 和 stm32f10x_it.h 等相关代码参照 stm32 直接操作寄存器开发环境配置）

#include <stm32f10x_lib.h>
#include “system.h”
#include “usart.h”
#include “spi.h”

#define LED1 PAout(4)
#define LED2 PAout(5)
#define LED3 PAout(6)
#define LED4 PAout(7)

void Gpio_Init(void);

#define BufferSize 32

u8 SPI1_Buffer_Tx[BufferSize] =
{
    0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,
    0x09,0x0A,0x0B,0x0C,0x0D,0x0E,0x0F,0x10,
    0x11,0x12,0x13,0x14,0x15,0x16,0x17,0x18,
    0x19,0x1A,0x1B,0x1C,0x1D,0x1E,0x1F,0x20
};

u8 SPI2_Buffer_Tx[BufferSize] =
{
    0x51,0x52,0x53,0x54,0x55,0x56,0x57,0x58,
    0x59,0x5A,0x5B,0x5C,0x5D,0x5E,0x5F,0x60,
    0x61,0x62,0x63,0x64,0x65,0x66,0x67,0x68,
    0x69,0x6A,0x6B,0x6C,0x6D,0x6E,0x6F,0x70
};

u8 SPI1_Buffer_Rx[BufferSize] = {0xFF};
u8 SPI2_Buffer_Rx[BufferSize] = {0xFF};
u8 Tx_Counter = 0;
u8 Rx_Counter = 0;

int main(void)
{
      u8 k=0;

    Rcc_Init(9);                            //系统时钟设置

    Usart1_Init(72,9600);

    Nvic_Init(1,0,SPI1_IRQChannel,4);      //设置抢占优先级为1，响应优先级为0，中断分组为4
    Nvic_Init(1,1,SPI2_IRQChannel,4);      //设置抢占优先级为1，响应优先级为1，中断分组为4

    Gpio_Init();

    Spi_Init(SPI1);
    Spi_Init(SPI2);

     while(Tx_Counter < BufferSize)
    {

        Spi_Write(SPI2,SPI2_Buffer_Tx[Tx_Counter]);            //必须先将从设备数据写入数据寄存器，等待时钟同步

        Spi_Write(SPI1,SPI1_Buffer_Tx[Tx_Counter]);              //主设备将数据写入数据寄存器，触发同步时钟，让主从数据寄存器由此时钟发送

        SPI2_Buffer_Rx[Rx_Counter] = Spi_Read(SPI2);

        SPI1_Buffer_Rx[Rx_Counter] = Spi_Read(SPI1);

        Tx_Counter++;
        Rx_Counter++;

    }

    printf(“\r\n The SPI1 has sended data below : \r\n”);

    while(k<BufferSize)
    {
        printf(“ %0.2d \r “,SPI1_Buffer_Tx[k]);
        k++;
    }

    printf(“\r\n The SPI2 has received data below : \r\n”);

    k=0;

    while(k<BufferSize)
    {
        printf(“ %0.2d \r “,SPI2_Buffer_Rx[k]);
        k++;
    }

    k=0;

    printf(“\r\n The SPI2 has sended data below : \r\n”);

    while(k<BufferSize)
    {
        printf(“ %0.2d \r “,SPI2_Buffer_Tx[k]);
        k++;
    }

    printf(“\r\n The SPI1 has received data below : \r\n”);

    k=0;

    while(k<BufferSize)
    {
        printf(“ %0.2d \r “,SPI1_Buffer_Rx[k]);
        k++;
    }

    while(1);
}

void Gpio_Init(void)
{
    RCC->APB2ENR |= 1<<2;            //使能PORTA时钟
    RCC->APB2ENR |= 1<<3;            //使能PORTB时钟;

    //SPI1 I/O设置

    GPIOA->CRL &= 0x000FFFFF;         //PA 5,6,7 复用
    GPIOA->CRL |= 0xBBB00000;

    //SPI2 I/O设置

    GPIOB->CRH &= 0x000FFFFF;         //PB 13,14,15 复用
    GPIOB->CRH |= 0xBBB00000;

    //USART1 串口I/O设置

    GPIOA -> CRH &= 0xFFFFF00F;       //设置USART1 的Tx(PA.9)为第二功能推挽，50MHz；Rx(PA.10)为浮空输入
    GPIOA -> CRH |= 0x000008B0;

}

User/stm32f10x_it.c

#include “stm32f10x_it.h”
#include “system.h”
#include “stdio.h”

#define LED1 PAout(4)
#define LED2 PAout(5)
#define LED3 PAout(6)
#define LED4 PAout(7)

void SPI1_IRQHandler()
{
    if(SPI1->SR & 1<<7)        //SPI正忙于通信，或者发送缓冲非空
    {
        printf(“SPI1 is Busy”);
    }

    if(SPI1->SR & 1<<6)        // 出现溢出错误
    {
        printf(“SPI1 is Overrun”);
    }

    if(SPI1->SR & 1<<5)        //出现模式错误
    {
        printf(“SPI1 is Mode fault”);
    }

    if(SPI1->SR & 1<<4)        //收到的CRC值和SPI_RXCRCR寄存器中的值不匹配
    {
        printf(“SPI1 is CRC Error”);
    }

    printf(“SPI1 Error”);

}

void SPI2_IRQHandler()
{
    printf(“SPI2 Error”);

}

Library/src/spi.c

#include “spi.h”

//SPI初始化函数
//SPI1主机模式，SPI2从机模式，8bit数据格式，时钟空闲保持为低，数据采样从第二个时钟边沿开始，波特率 fPCLK/32
//先发送LSB（最低有效位），禁止硬件CRC校验
void Spi_Init(SPI_TypeDef  SPIx)
{
    if(SPIx == SPI1){

        RCC -> APB2ENR  |= 1<<12;     //SPI1时钟使能
        RCC -> APB2RSTR |= 1<<12;      //复位SPI1寄存器
        RCC -> APB2RSTR &= ~(1<<12);  //复位结束SPI1寄存器

        SPIx -> CR1 |= 1<<2;         //主设备选择   0：配置为从设备   1：配置为主设备
        SPIx -> CR1 |= 1<<8;         //SSI位，要保持主机模式,必须NSS 接到高电平信号

    }else if(SPIx == SPI2){
        RCC -> APB1ENR  |= 1<<14;     //SPI2时钟使能
        RCC -> APB1RSTR |= 1<<14;      //复位SPI2寄存器
        RCC -> APB1RSTR &= ~(1<<14);  //复位结束SPI2寄存器
        SPIx -> CR1 |= 0<<2;         //主设备选择   0：配置为从设备   1：配置为主设备
        //SPIx -> CR1 |= 0<<8;         //SSI位，要保持主机模式,必须NSS 接到高电平信号
    }

    SPIx -> CR1 |= 0<<10;         //设置全双工模式  0：全双工(发送和接收)   1：禁止输出(只接收模式)
    SPIx -> CR1 |= 0<<11;         //数据帧格式  0：使用8位数据帧格式进行发送/接收   1：使用16位数据帧格式进行发送/接收
       SPIx -> CR1 |= 1<<7;         //帧格式          0：先发送MSB  1：先发送LSB

    //配置NSS为GPIO输出口控制从设备片选
    SPIx -> CR1 |= 1<<9;         //软件从设备管理 当此位(SSM)被置位时，NSS引脚上的电平由SSI位的值决定。

    SPIx -> CR1 |= 0<<1;         //配置时钟极性 0： 空闲状态时，SCK保持低电平  1： 空闲状态时，SCK保持高电平
    SPIx -> CR1 |= 1<<0;         //时钟相位     0： 数据采样从第一个时钟边沿开始  1： 数据采样从第二个时钟边沿开始

    SPIx -> CR1 |= 4<<3;         //波特率控制[5:3]  000： fPCLK/2   001： fPCLK/4   010： fPCLK/8  011： fPCLK/16  100： fPCLK/32
                                 //                 101： fPCLK/64    110： fPCLK/128 111： fPCLK/256

    //SPIx -> CR2 |= 1<<7;         //发送缓冲区空中断使能
    //SPIx -> CR2 |= 1<<6;         //接收缓冲区非空中断使能
    SPIx -> CR2 |= 1<<5;         //错误中断使能

    SPIx -> CR1 |= 1<<6;         //SPI设备使能

}

void Spi_Write(SPI_TypeDef  SPIx,u8 data)
{
    //while((SPIx->SR&1<<1) == 0);    //等待发送缓冲为空置位

    SPIx->DR = data;

    Spi_Delay(3);                    //必须稍作延时
}

u8 Spi_Read(SPI_TypeDef  SPIx)
{

    //while((SPIx->SR&1<<0) == 1);    //等待接收缓冲非空置位

    return SPIx->DR;

}

void Spi_Delay(u32 us)
{
    u32 time=100us/7;
    while(–time);
}

Library/inc/spi.h

#include <stm32f10x_lib.h>

void Spi_Init(SPI_TypeDef  SPIx);
void Spi_Write(SPI_TypeDef  SPIx,u8 data);
u8   Spi_Read(SPI_TypeDef  SPIx);
void Spi_Delay(u32 us);

操作库函数

main.c

#include “stm32f10x.h”
#include “stdio.h”
#include “string.h”

#define     PRINTF_ON  1

void RCC_Configuration(void);
void GPIO_Configuration(void);
void USART_Configuration(void);
void SPI_Configuration(void);

#define BufferSize 32

#define delay() for(i=0;i<200;i++)

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

u8 SPI1_Buffer_Tx[BufferSize] =
{
    0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,
     0x09,0x0A,0x0B,0x0C,0x0D,0x0E,0x0F,0x10,
     0x11,0x12,0x13,0x14,0x15,0x16,0x17,0x18,
     0x19,0x1A,0x1B,0x1C,0x1D,0x1E,0x1F,0x20
};

u8 SPI2_Buffer_Tx[BufferSize] =
{
    0x51,0x52,0x53,0x54,0x55,0x56,0x57,0x58,
    0x59,0x5A,0x5B,0x5C,0x5D,0x5E,0x5F,0x60,
    0x61,0x62,0x63,0x64,0x65,0x66,0x67,0x68,
    0x69,0x6A,0x6B,0x6C,0x6D,0x6E,0x6F,0x70
};

u8 SPI1_Buffer_Rx[BufferSize+1] = {0};
u8 SPI2_Buffer_Rx[BufferSize] = {0};
u8 Tx_Counter = 0;
u8 Rx_Counter = 0;
u8 k=0,i=0;

int main(void)
{
      RCC_Configuration();
    GPIO_Configuration();
    USART_Configuration();
    SPI_Configuration();

    while(Tx_Counter < BufferSize)
    {
        SPI_I2S_SendData(SPI2,SPI2_Buffer_Tx[Tx_Counter]);                //必须从机先发送数据
        //while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2,SPI_I2S_FLAG_TXE)==RESET);     //如果spi2 还有发送缓存则等待发送完成

        SPI_I2S_SendData(SPI1,SPI1_Buffer_Tx[Tx_Counter]);

        while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2,SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);    //没有接收缓存则等待
        SPI2_Buffer_Rx[Rx_Counter] = SPI_I2S_ReceiveData(SPI2);

        while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_RXNE) ==RESET);

        SPI1_Buffer_Rx[Rx_Counter] = SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);

        Tx_Counter++;
        Rx_Counter++;
    }

    printf(“\r\n The SPI1 has sended data below : \r\n”);

    while(k<BufferSize)
    {
        printf(“ %0.2d \r “,SPI1_Buffer_Tx[k]);
        k++;
    }

    printf(“\r\n The SPI2 has received data below : \r\n”);

    k=0;

    while(k<BufferSize)
    {
        printf(“ %0.2d \r “,SPI2_Buffer_Rx[k]);
        k++;
    }

    k=0;

    printf(“\r\n The SPI2 has sended data below : \r\n”);

    while(k<BufferSize)
    {
        printf(“ %0.2d \r “,SPI2_Buffer_Tx[k]);
        k++;
    }

    printf(“\r\n The SPI1 has received data below : \r\n”);

    k=0;

    while(k<BufferSize)
    {
        printf(“ %0.2d \r “,SPI1_Buffer_Rx[k]);
        k++;
    }

    while(1);
}

void SPI_Configuration(void)
{

    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_LSB;
    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;

    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    SPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure);

    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Slave;
    SPI_Init(SPI2,&SPI_InitStructure);

    SPI_Cmd(SPI1,ENABLE);
    SPI_Cmd(SPI2,ENABLE);

}

void GPIO_Configuration(void)
{
    GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
      GPIO_Init(GPIOA , &GPIO_InitStructure);

      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
      GPIO_Init(GPIOB , &GPIO_InitStructure);

      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
      GPIO_Init(GPIOA , &GPIO_InitStructure);

      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
      GPIO_Init(GPIOA , &GPIO_InitStructure);
}

void RCC_Configuration(void)
{
    / 定义枚举类型变量 HSEStartUpStatus /
    ErrorStatus HSEStartUpStatus;

      / 复位系统时钟设置/
      RCC_DeInit();
      / 开启HSE/
      RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
      / 等待HSE起振并稳定/
      HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
    / 判断HSE起是否振成功，是则进入if()内部 /
      if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)
      {
        / 选择HCLK（AHB）时钟源为SYSCLK 1分频 /
        RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
        / 选择PCLK2时钟源为 HCLK（AHB） 1分频 /
        RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
        / 选择PCLK1时钟源为 HCLK（AHB） 2分频 /
        RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
        / 设置FLASH延时周期数为2 /
        FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
        / 使能FLASH预取缓存 /
        FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
        / 选择锁相环（PLL）时钟源为HSE 1分频，倍频数为9，则PLL输出频率为 8MHz  9 = 72MHz /
        RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);
        / 使能PLL /
        RCC_PLLCmd(ENABLE);
        / 等待PLL输出稳定 /
        while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);
        / 选择SYSCLK时钟源为PLL /
        RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
        / 等待PLL成为SYSCLK时钟源 /
        while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
      }
      / 打开APB2总线上的GPIOA时钟/
      RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);

    //RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2,ENABLE);
    //RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR|RCC_APB1Periph_BKP|RCC_APB1Periph_WWDG, ENABLE);

}

void USART_Configuration(void)
{
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    USART_ClockInitTypeDef USART_ClockInitStructure;

    USART_ClockInitStructure.USART_Clock = USART_Clock_Disable;
    USART_ClockInitStructure.USART_CPOL = USART_CPOL_Low;
    USART_ClockInitStructure.USART_CPHA = USART_CPHA_2Edge;
    USART_ClockInitStructure.USART_LastBit = USART_LastBit_Disable;
    USART_ClockInit(USART1 , &USART_ClockInitStructure);

    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);

     USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}

#if     PRINTF_ON

int fputc(int ch,FILE *f)
{
    USART_SendData(USART1,(u8) ch);
    while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) == RESET);
    return ch;
}

#endif