SPI串行接口

SPI是由Motorala公司提出的一种同步串行外围接口。它在速度要求不高、低功耗、需保存少量参数的智能化传感系统中得到了广泛应用。
SPI是一个全双工的同步串行接口。在数据传输过程中，总线上只能是一个主机和一个从机进行通信。

1、MISO（Master In Slave Out）
主机输入、从机输出信号。
2、MOSI（Master Out Slave In）
主机输出、从机输入信号。
3、SCK（Serial Clock）
串行时钟信号。（用来同步使用的）
4、SS（Slave Select）
从机选择信号，低电平有效。

SPI系统连接

SPI总线可在软件的控制下构成各种简单或复杂的系统。
在这里插入图片描述

SPI通信工作原理

SPI的基本结构相当于两个8位移位寄存器的首位相接，构成16位的环形移位寄存器。从而实现了主机与从机的数据交换。
在这里插入图片描述

SPI框图

在这里插入图片描述
分析：
①首先看SCK 管脚，通过波特率发生器产生时钟信号，这个信号可以出去给从机使用，也可以进来给自己驱动 COMMUNICATION CONTROL(通信控制)，其中波特率发生器由BR0、BR1、BR2控制，由这三个值来决定波特率的速度，通信控制受MSTR、SSM、SSI控制
，如果通信控制出错，比如控制的CRCERR（CRC校验错误）、MODF（模式）、OVR（数据溢出），就会在SPI_SR的相应位置1。通信控制出来的信号连接着 MASTER CONTROL LOGIC(主控逻辑电路)，中控逻辑电路控制着MOSI、MISO这一块。
②数据从MISO进来，进入SHIFT REGISTER(移位寄存器)，移位寄存器数据一旦8位接收完整之后，会自动放到 RX BUFFER 中，我们可以通过 RX BUFFER可以读取数据。当我们要发送内容，就是通过总线（地址总线，数据总线）将数据写入 TX BUFFER 中去，然后送到移位寄存器，数据一旦8位接收完整之后，可以通过MOSI将数据发送出去。

SPI通信的几个步骤

1.SPI主从模式

在这里插入图片描述

设置MSTR（主设备选择）和SPE位（使能位）来选择是否工作在主模式还是从模式下。（这两个位都在SPI_CR1寄存器中都可以设置）,作为从机，片选要接地，可以硬件实现也可以软件实现，接电源是作主机

2.时钟信号的相位和极性

SPI接口可由CPOL和CPHA设定4种不同传输格式的时序。（CPOL和CPHA在SPI_CR1寄存器中）
CPOL决定时钟脉冲SCK的有效脉冲方式（正脉冲、负脉冲）。CPHA决定数据线MOSI什么时候输出数据或采集数据。
根据CPOL和CPHA的组合数目，一共有4种设置情况。

在这里插入图片描述
分析：
CPOL决定了脉冲的方式，第一行（CPOL=0），是正脉冲，第二行（CPOL=1），是负脉冲（空闲时高电平，来数据下降沿）；当CPHA=0，数据是先出来的，即比上方的SCK的电平变化（时钟输出）要快，大概快半拍，我们称之为数据传输相位超前；当CPHA=1，SCK的电平变化之后数据才会出来，相位是同步的，当在SCK的第二个上升沿或者下降沿的时候才开始数据采集

4种时序下的数据传输，其中“第一位数据的输出”和“其他位数据的输出”栏是表示数据在什么时候更新输出。还需注意数据采样是上升沿还是下降沿有效。

数据与时钟的相位关系如下图：
在这里插入图片描述

3.数据帧的格式

根据SPI_CR1寄存器中的LSBFIRST位，输出数据位时可以MSB在先也可以LSB在先。
根据SPI_CR1寄存器的DFF位，每个数据帧可以是8位或是16位。所选择的数据帧格式对发送和/或接收都有效。

SPI主模式通信

在主模式时，串行时钟在SCK脚产生。
配置步骤：

通过 SPI_CR1寄存器的 BR[2:0]位定义串行时钟波特率
选择 CPOL和CPHA 位，定义数据传输和串行时钟间的相位关系
设置 DFF 位来定义8或16位数据帧格式
配置 SPI_CR1寄存器的 LSBFIRST 位定义帧格式
如果 NSS 引脚需要工作在输入模式，硬件模式中在整个数据帧传输期间应把 NSS 脚连接到髙电平：在软件模式中，需设置 SPI_CR1寄存器的 SSM 和 SSI 位。如果 NSS 引脚工作在输出模式.则只需设置 SSOE 位
必须设置 MSTR 和 SPE 位(只当 NSS 脚被连到高电平.这些位才能保持置位)
在这个配置中， MOSI 脚是数据输出，而 MISO 脚是数据输入。

数据发送过程

1、当一字节写进发送缓冲器时，发送过程开始。
2、在发送第一个数据位时，数据字被并行地(通过内部总线–TX BUFFER)传入移位寄存器，而后串行地移出到 MOSI 脚上； MSB 在先还是 LSB 在先，取决于 SPI_CR1寄存器中的 LSBFIRST 位。数据从发送缓冲器传输到移位寄存器 TXE 标志将被置位，如果设置 SPI_CR1寄存器中的 TXEIE 位，将产生中断。
3、在试图写发送缓冲器之前，需确认 TXE 标志应该是1

数据接收过程

当数据传输完成时：
1、移位寄存器里的数据传送到接收缓冲器（8位–>RX BUFFER），并且 RXNE 标志被置位(硬件接受满自动置位1)。如果 SPI_CR2寄存器中的 RXEIE 位被设置，则产生中断。
2、读 SPI_ DR 寄存器时， SPI 设备返回接收到的数据字。读 SPI_DR 寄存器将清除RXNE 位（也是硬件自动清零）。

数码管显示 123.4

main.c

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

#include "stm32f10x_lib.h" //包含了所有的头文件它是唯一一个用户需要包括在自己应用中的文件，起到应用和库之间界面的作用。

#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();//使能外设时钟

SEG_Init();

//========实现数码管显示==========

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) //延时函数

{

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(); //初始化为缺省状态

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); //高速时钟使能

while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSERDY) == RESET); //等待高速时钟使能就绪

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

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

* 版权：源享教育（www.yxarm.net）

* 文件： Seg_Module.c

* 版本： 1.0

* 说明： MP3播放器当前播放歌曲序号，播放第1首时4位数码管显示0001，依次排列

* 作者：刘斌

* 时间： 2011.6.21

* 说明：数码管段显由HC595控制，位显由IO口SEG_A1/SEG_A2/SEG_A3/SEG_A4控制。

* HC595使用SPI通信方式，Cortex M3的SPI使用步骤如下：

* 1、使能APB2外设SPI1时钟：RCC_APB2PeriphClockCmd();

* 2、将外设SPI寄存器重设为缺省值：SPI_I2S_DeInit();

* 3、初始化外设SPI寄存器：SPI_Init();

* 4、使能APB2外设SPI：SPI_Cmd();

* 5、调用SPI数据发送函数：SPI_I2S_SendData();

------------------------------修改记录--------------------------------------

* 修改功能：

* 修改时间：

* 修改作者：

* 遗留问题：

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

#include "stm32f10x_lib.h" //包含了所有的头文件它是唯一一个用户需要包括在自己应用中的文件，起到应用和库之间界面的作用。

#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};//数码管0~9

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

* Function Name : SEG_Init

* Description : SEG数码管引脚，SPI1引脚初始化

* Input : None

* Return : None

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

void SEG_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 声明一个IO口结构体变量

SPI_InitTypeDef SPI1_InitStructure; //声明一个SPI结构体变量

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE); // 使能APB2外设GPIOA时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE); // 使能APB2外设GPIOB时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC , ENABLE); // 使能APB2外设GPIOC时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE , ENABLE); // 使能APB2外设GPIOE时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1 , ENABLE); // 使能APB2外设SPI1时钟

//==========PA口IO结构体初始化============

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