第11章串行外設接口SPI

-2-本章目標了解SPI接口特點掌握SPI接口配置方法熟悉SPI接口數(shù)據(jù)收發(fā)器特點掌握SPI接口的中斷使用掌握SPI接口DMA使用-3-SPI接口簡介

串行外設接口（SerialPerpheralInterface，SPI）是摩托羅拉公司開發(fā)的全雙工同步串行總線。該總線主要用用于近距離低速的同步串行數(shù)據(jù)傳輸，例如EEPROM，F(xiàn)LASH，液晶屏和SD卡等器件上。-4-SPI接口簡介

SPI接口是一個主機/從機的全雙工三線同步串行接口。時鐘由主機控制，在時鐘的移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前，低位在后。SPI接口命名是站在設備的角度，具體名稱及含義如下：MOSI：主器件數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入。MISO：主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出。SCLK：時鐘信號，由主器件產(chǎn)生。NSS：從器件使能信號，由主器件控制，也常標為CS（ChipSelect，片選）。-5-SPI功能特點

STM32F107的SPI配置豐富，功能強大，其主要功能和特點如下；支持3線全雙工同步傳輸。支持雙線單工同步傳輸。支持8和16位傳輸幀格式。支持主操作或從操作。支持多主模式。支持8個主模式波特率預分頻系數(shù)，最大為fpclk/2。從模式頻率最大為fpclk/2。支持主模式和從模式的快速通信。主模式和從模式下均可以由軟件或硬件進行NSS管理。支持主/從操作模式的動態(tài)改變。支持更改時鐘極性和相位。支持設置數(shù)據(jù)順序，MSB在前或LSB在前。支持多個SPI中斷源。支持可靠通信的硬件CRC。發(fā)送和接收支持DMA功能。-6-SPI管腳

在STM32F107中共有3個SPI外設，涉及的管腳管腳功能SPI1重映射的SPI1SPI2SPI3重映射的SPI3MOSIPA7PB5PB15PB5PC12MISOPA6PB4PB14PB4PC11SCLKPA5PB3PB13PB3PC10NSSPA4PA15PB12PA15PA4-7-SPI管腳

在配置SPI的時候，相關(guān)引腳應配置為復用的推挽輸出對于SPI的輸入引腳并不需要單獨設為輸入。示例11-1】配置SPI管腳/*聲明GPIO初始化結(jié)構(gòu)體*/GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;/*開啟復用時鐘*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);/*配置SPI1管腳功能為復用的推挽輸出*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

/*重映射SPI3的管腳*/GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SPI3,ENABLE);

-8-SPI數(shù)據(jù)發(fā)送與接收

SPI在主機模式下，時鐘由主機的發(fā)送器產(chǎn)生，即使接收的時候，也需要發(fā)送數(shù)據(jù)以便維持時鐘，使數(shù)據(jù)能夠順序輸入。從機狀態(tài)下，時鐘完全依賴于對方主機的產(chǎn)生。此外，這兩種模式下還有全雙工，單向和雙向等模式。-9-SPI數(shù)據(jù)發(fā)送與接收

--接收與發(fā)送緩沖器SPI數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，會用到一個接收與發(fā)送緩存器，表述如下：接收時：接收到的數(shù)據(jù)被存放在一個內(nèi)部的接收緩沖器中。在發(fā)送時：在被發(fā)送之前，數(shù)據(jù)將首先被存放在一個內(nèi)部的發(fā)送緩沖器中，然后再進行發(fā)送。-10-SPI數(shù)據(jù)發(fā)送與接收

--主模式下數(shù)據(jù)傳輸主模式下的數(shù)據(jù)傳輸模式支持全雙工模式、單向只接收模式和雙向模式，其中雙向模式包括發(fā)送和接收。對于全雙工模式符合以下特點：當寫入數(shù)據(jù)到SPI_DR寄存器(發(fā)送緩沖器)后，傳輸開始。在傳送第一位數(shù)據(jù)的同時，數(shù)據(jù)被并行地從發(fā)送緩沖器傳送到8位的移位寄存器中，然后按順序被串行地移位送到MOSI引腳上。與此同時，在MISO引腳上接收到的數(shù)據(jù)，按順序被串行地移位進入8位的移位寄存器中，然后被并行地傳送到SPI_DR寄存器(接收緩沖器)中。-11-SPI數(shù)據(jù)發(fā)送與接收

--從模式下的數(shù)據(jù)傳輸從模式下的數(shù)據(jù)傳輸模式支持全雙工模式、單向只接收模式和雙向模式，其中雙向模式包括發(fā)送和接收。對于全雙工模式符合以下特點：當從設備接收到時鐘信號并且第一個數(shù)據(jù)位出現(xiàn)在它的MOSI時，數(shù)據(jù)傳輸開始，隨后的數(shù)據(jù)位依次移動進入移位寄存器。與此同時，在傳輸?shù)谝粋€數(shù)據(jù)位時，發(fā)送緩沖器中的數(shù)據(jù)被并行地傳送到8位的移位寄存器，隨后被串行地發(fā)送到MISO引腳上。單向的只接收模式符合以下特點：當從設備接收到時鐘信號并且第一個數(shù)據(jù)位出現(xiàn)在它的MOSI時，數(shù)據(jù)傳輸開始，隨后數(shù)據(jù)位依次移動進入移位寄存器。不啟動發(fā)送器，沒有數(shù)據(jù)被串行地傳送到MISO引腳上。-12-SPI數(shù)據(jù)發(fā)送與接收

--主模式下數(shù)據(jù)傳輸單向只接收模式符合以下特點：只有接收器被激活，在MISO引腳上接收到的數(shù)據(jù)，按順序被串行地移位進入8位的移位寄存器中。移位寄存器中的數(shù)據(jù)被并行地傳送到SPI_DR寄存器(接收緩沖器)中。對于雙向模式，發(fā)送時符合以下特點：當寫入數(shù)據(jù)到SPI_DR寄存器(發(fā)送緩沖器)后，傳輸開始。在傳送第一位數(shù)據(jù)的同時，數(shù)據(jù)被并行地從發(fā)送緩沖器傳送到8位的移位寄存器中，然后按順序被串行地移位送到MOSI引腳上。不接收數(shù)據(jù)。對于雙向模式，接收時符合以下特點：在MOSI引腳上接收到的數(shù)據(jù)，按順序被串行地移位進入8位的移位寄存器中，然后被并行地傳送到SPI_DR寄存器(接收緩沖器)中。不激活發(fā)送器，則沒有數(shù)據(jù)被串行地送到MOSI引腳上。-13-SPI數(shù)據(jù)發(fā)送與接收

--處理數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收當數(shù)據(jù)從發(fā)送緩沖器傳送到移位寄存器時，設置TXE標志(發(fā)送緩沖器空)，它表示內(nèi)部的發(fā)送緩沖器可以接收下一個數(shù)據(jù)。注意，在寫入發(fā)送緩沖器之前，軟件必須確認TXE標志為”1”，否則新的數(shù)據(jù)會覆蓋已經(jīng)在發(fā)送緩沖器中的數(shù)據(jù)。在采樣時鐘的最后一個邊沿，當數(shù)據(jù)被從移位寄存器傳送到接收緩沖器時，設置RXNE標志(接收緩沖器非空)，它表示數(shù)據(jù)已經(jīng)就緒，可以從SPI_DR寄存器讀出。如果設置了接收中斷，則此時會產(chǎn)生一個中斷。-14-SPI時鐘信號的相位和極性

在SPI中，CPOL時鐘極性和CPHA時鐘相位的組合用來選擇數(shù)據(jù)捕捉的時鐘邊沿。CPOL(時鐘極性)位控制在沒有數(shù)據(jù)傳輸時，時鐘的空閑狀態(tài)電平，此位對主模式和從模式下的設備都有效。有以下幾種情況：如果CPOL被清”0”，SCLK引腳在空閑狀態(tài)保持低電平.如果CPOL被置”1”，SCLK引腳在空閑狀態(tài)保持高電平。如果CPHA(時鐘相位)位被置”1”，SCK時鐘的第二個邊沿(CPOL位為”0”時就是下降沿，CPOL位為”1”時就是上升沿)進行數(shù)據(jù)位的采樣，數(shù)據(jù)在第二個時鐘邊沿被鎖存。如果CPHA位被清”0”，SCK時鐘的第一邊沿(CPOL位為”0”時就是上升沿，CPOL位為”1”時就是下降沿)進行數(shù)據(jù)位采樣，數(shù)據(jù)在第一個時鐘邊沿被鎖存。-15-SPI的從設備選擇

在STM32F107的SPI接口上，還有一個NSS（從設備選擇），這是一個可選的引腳，用來選擇主/從設備。從設備的NSS引腳可以由主設備的一個標準I/O引腳來驅(qū)動。也可使用STM32F107的SPI接口上的NSS引腳。NSS有2種模式：軟件NSS模式和硬件NSS模式。在軟件NSS模式下，NSS引腳可以用作它用。在程序中通常使用其它任意一個GPIO管腳直接驅(qū)動片選信號。硬件NSS模式-16-SPI的從設備選擇

NSS輸出被使能：當STM32F107工作為主SPI，這時NSS引腳被拉低，所有NSS引腳與這個主SPI的NSS引腳相連并配置為硬件NSS的SPI設備，將自動變成從SPI設備。當一個SPI設備需要發(fā)送廣播數(shù)據(jù)，它必須拉低NSS信號，以通知所有其它的設備它是主設備；如果它不能拉低NSS，這意味著總線上有另外一個主設備在通信，這時將產(chǎn)生一個硬件失敗錯誤(HardFault)。NSS輸出被關(guān)閉：允許操作于多主環(huán)境。

-17-CRC計算

SPI的CRC校驗用于保證全雙工通信的可靠性。SPI的CRC具有以下特點：該SPI接口提供了兩種CRC計算方法，8位數(shù)據(jù)幀采用CRC8，16位數(shù)據(jù)幀采用CRC16。SPI_CRCPolynomial參數(shù)指定了CRC多項式其復位值為0x0007，也可根據(jù)應用設置其他數(shù)值，可以調(diào)用固件庫使用如下語句進行配置。【示例11-3】初始化SPI/*聲明SPI初始化結(jié)構(gòu)體*/SPI_InitTypeDefSPI_InitStructure;/*其復位值為0x0007，根據(jù)應用可以設置其他數(shù)值。*/SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial=7;SPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure);-18-SPI的DMA

在STM32F107中SPI實現(xiàn)了一種采用簡單的“請求/應答”的DMA機制。SPI_DMACmd函數(shù)可以使能或者失能SPI_Tx或SPI_Rx的DMA傳輸請求?？梢允褂萌缦抡Z句進行配置?！臼纠?1-4】使能DMA傳輸/*EnableSPI2RxbufferDMAtransferrequest*/SPI_DMACmd(SPI2,SPI_DMAReq_Rx,ENABLE);

SPI_DMAReq描述SPI_DMAReq_Tx選擇Tx緩存DMA傳輸請求SPI_DMAReq_Rx選擇Rx緩存DMA傳輸請求-19-SPI中斷

在STM32F107中，SPI也有各種中斷事件，可以采用中斷來處理。SPI的中斷請求中斷事件事件標志使能控制位發(fā)送緩沖器空標志TXETXEIE接收緩沖器非空標志RXNERXNEIE主模式失效事件MODFERRIE溢出錯誤OVRCRC錯誤標志CRCERR【示例11-5】SPI中斷設置/*EnableSPI2Txbufferemptyinterrupt*/SPI_ITConfig(SPI2,SPI_IT_TXE,ENABLE);

SPI_IT描述SPI_IT_TXE發(fā)送緩存空中斷屏蔽SPI_IT_RXNE接收緩存非空中斷屏蔽SPI_IT_ERR錯誤中斷屏蔽-20-SPI編程實例

--SPI配置下述函數(shù)代碼用于實現(xiàn)任務描述11.D.1，使用固件庫配置SPI為雙線全雙工、主動模式、8數(shù)據(jù)位、軟件片選。SPI的配置【描述11.D.1】SPI_Config()voidSPI_Config(void){ SPI_InitTypeDefSPI_InitStructure; /*開SPI1時鐘*/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE); /*必須先失能,才能改變MOD*/ SPI_Cmd(SPI1,DISABLE); /*雙線全雙工*/SPI_InitStructure.SPI_Direction=SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; /*主模式*/SPI_InitStructure.SPI_Mode=SPI_Mode_Master; /*8位數(shù)據(jù)*/SPI_InitStructure.SPI_DataSize=SPI_DataSize_8b; /*極性為高*/

SPI_InitStructure.SPI_CPOL=SPI_CPOL_High; /*相位兩邊沿*/SPI_InitStructure.SPI_CPHA=SPI_CPHA_2Edge; /*軟件片選*/SPI_InitStructure.SPI_NSS=SPI_NSS_Soft; /*波特率4分頻*/SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler=SPI_BaudRatePrescaler_4; /*第一位高位*/SPI_InitStructure.SPI_FirstBit=SPI_FirstBit_MSB; /*CRC選項7*/SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial=7; /*初始化SPI*/SPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure);/*使能SPI1*/SPI_Cmd(SPI1,ENABLE);}

-21-SPI編程實例

--SPI配置結(jié)構(gòu)體SPI_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體11-1】

SPI_InitTypeDeftypedefstruct{ /*SPI數(shù)據(jù)方向*/ uint16_tSPI_Direction; /*SPI工作模式*/ uint16_tSPI_Mode; /*數(shù)據(jù)尺寸*/ uint16_tSPI_DataSize; /*時鐘極性*/ uint16_tSPI_CPOL; /*時鐘相位*/ uint16_tSPI_CPHA; /*NSS片選*/ uint16_tSPI_NSS; /*波特率預分頻*/ uint16_tSPI_BaudRatePrescaler; /*首BIT*/ uint16_tSPI_FirstBit; /*CRC校驗*/ uint16_tSPI_CRCPolynomial;}SPI_InitTypeDef;-22-SPI編程實例

--SPI配置SPI_Direction成員SPI_Direction描述SPI_Direction_2Lines_FullDuplexSPI設置為雙線雙向全雙工SPI_Direction_2Lines_RxOnlySPI設置為雙線單向接收SPI_Direction_1Line_RxSPI設置為單線雙向接收SPI_Direction_1Line_TxSPI設置為單線雙向發(fā)送-23-SPI編程實例

--SPI配置SPI_Mode成員SPI_Mode描述SPI_Mode_Master設置為主SPI模式SPI_Mode_Slave設置為從SPI模式-24-SPI編程實例

--SPI配置SPI_DataSize成員SPI_DataSize描述SPI_DataSize_16bSPI發(fā)送接收16位幀結(jié)構(gòu)SPI_DataSize_8bSPI發(fā)送接收8位幀結(jié)構(gòu)-25-SPI編程實例

--SPI配置SPI_CPOL成員SPI_CPOL參數(shù)選擇了串行時鐘的穩(wěn)態(tài)。

SPI_CPOL描述SPI_CPOL_High時鐘懸空高SPI_CPOL_Low時鐘懸空低-26-SPI編程實例

--SPI配置SPI_CPHA成員SPI_CPHA參數(shù)設置了位捕獲的時鐘活動沿。SPI_CPHA描述SPI_CPHA_2Edge數(shù)據(jù)捕獲于第二個時鐘沿SPI_CPHA_1Edge數(shù)據(jù)捕獲于第一個時鐘沿-27-SPI編程實例

--SPI配置SPI_NSS成員SPI_NSS參數(shù)指定了NSS信號由硬件還是軟件管理SPI_NSS描述SPI_NSS_HardNSS由外部管腳管理SPI_NSS_Soft內(nèi)部NSS信號有SSI位控制-28-SPI編程實例

--SPI配置SPI_BaudRatePrescaler成員SPI_BaudRatePrescaler參數(shù)用來定義波特率預分頻的值，這個值用以設置發(fā)送和接收的SCK時鐘。SPI_BaudRatePrescaler描述SPI_BaudRatePrescaler2波特率預分頻值為2SPI_BaudRatePrescaler4波特率預分頻值為4SPI_BaudRatePrescaler8波特率預分頻值為8SPI_BaudRatePrescaler16波特率預分頻值為16SPI_BaudRatePrescaler32波特率預分頻值為32SPI_BaudRatePrescaler64波特率預分頻值為64SPI_BaudRatePrescaler128波特率預分頻值為128SPI_BaudRatePrescaler256波特率預分頻值為256-29-SPI編程實例

--SPI配置SPI_FirstBit成員SPI_FirstBit參數(shù)指定了數(shù)據(jù)傳輸從MSB位還是LSB位開始SPI_FirstBit描述SPI_FisrtBit_MSB數(shù)據(jù)傳輸從MSB位開始SPI_FisrtBit_LSB數(shù)據(jù)傳輸從LSB位開始-30-SPI編程實例

--SPI實例本節(jié)將編寫一個程序，用于實現(xiàn)任務描述11.D.2，讀取AT45DB161D芯片內(nèi)置ID編號，并且通過USART2輸出顯示。AT45DB161DAT45DB161D是ATMEL公司生產(chǎn)的SPI接口FLASH存儲芯片，容量為16Mbit即2M字節(jié)，可廣泛用于數(shù)據(jù)語音、圖像、程序代碼等數(shù)據(jù)存儲中。-31-SPI編程實例

--SPI實例本例中，AT45DB161D芯片連接在STM32F107的SPI1接口，片選為PB10管腳，低電平選中，可進行數(shù)據(jù)讀寫等操作，高電平則芯片停止工作，數(shù)據(jù)口維持高阻狀態(tài)。在AT45DB161D中，存儲有四個字節(jié)的芯片ID編號，可發(fā)送命令字0x9f讀出，其讀取時序-32-SPI編程實例

--SPI實例四個字節(jié)ID編號具體含義字節(jié)編號比特含義數(shù)值含義ID1Bit[7:0]：廠商代碼0x1F0x1F：ATMELID2Bit[7:5]：產(chǎn)品類型Bit[4:0]：產(chǎn)品容量0x26Bit[7:5]：001Bit[4:0]：00110產(chǎn)品類型：數(shù)據(jù)FLASH產(chǎn)品容量：16MbitID3Bit[7:5]：MLC編碼Bit[4:0]：產(chǎn)品版本0x00Bit[7:5]：000Bit[4:0]：00000MLC編碼：1bit/Cell技術(shù)產(chǎn)品版本：初始版本ID4Bit[7:0]：擴展信息長度0x00擴展信息長度0，即無擴展信息-33-SPI編程實例

--SPI實例主函數(shù)編寫

由上述內(nèi)容可知，要實現(xiàn)讀取AT45DB161D的ID編號并送至USART2輸出，需要以下步驟：GPIO、SPI和USART2等進行初始化。將AT45DB161D的片選置低。發(fā)送命令字0x9f。讀取4個字節(jié)ID編號并緩存。將緩存的ID編號送至USART2輸出。-34-SPI編程實例

--SPI實例下述程序代碼實現(xiàn)一個SPI讀寫AT45DB161DID編號，其源代碼如下?！久枋?1.D.2】main.c#include "stm32f10x.h"/*聲明初始化函數(shù)*/voidGPIO_Config(void);voidSPI_Config(void);voidCOM_Config(void);voiddelay(void);/*聲明AT45DB161片選置高函數(shù)*/voidAT45DB161_CS_H(void);/*聲明AT45DB161片選置低函數(shù)*/voidAT45DB161_CS_L(void);/*聲明SPI讀寫函數(shù)*/uint8_tSPI_RW_Byte(uint8_tdata);-35-SPI編程實例

--SPI實例下述程序代碼實現(xiàn)一個SPI讀寫AT45DB161DID編號，其源代碼如下。intmain(void){ /*聲明一個數(shù)組緩存ID號*/

uint8_tid[6]; uint8_ti;

GPIO_Config(); SPI_Config(); COM_Config();

/*片選置低以選中芯片*/ AT45DB161_CS_L();

/*發(fā)送讀取ID號命令0x9f*/ SPI_RW_Byte(0x9f); for(i=0;i<4;i++)

{ /*發(fā)送無關(guān)字符0xaa維持時鐘，并將接收數(shù)據(jù)緩存*/

id[i]=SPI_RW_Byte(0xaa);

} /*結(jié)束讀取后，片選置高*/ AT45DB161_CS_H();

-36-SPI編程實例

--SPI實例下述程序代碼實現(xiàn)一個SPI讀寫AT45DB161DID編號，其源代碼如下。

/*把id的內(nèi)容，通過USART2發(fā)送*/ for(i=0;i<4;i++) { USART_SendData(USART2,id[i]); delay(); } while(1) {}}-37-SPI編程實例

--SPI實例下述程序代碼實現(xiàn)一個SPI讀寫AT45DB161DID編號，其源代碼如下。voidSPI_Config(void){ SPI_InitTypeDefSPI_InitStructure; /*SPI1配置*/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE); /*必須先禁能,才能改變SPI配置*/ SPI_Cmd(SPI1,DISABLE);

/*配置SPI1為雙線全雙工，主模式，8位數(shù)據(jù)，軟件片選，高bit在前*/ SPI_InitStructure.SPI_Direction=SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; SPI_InitStructure.SPI_Mode=SPI_Mode_Master;

SPI_InitStructure.SPI_DataSize=SPI_DataSize_8b;

SPI_InitStructure.SPI_CPOL=SPI_CPOL_High; 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_MSB; SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial=7; SPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure); /*使能SPI1*/ SPI_Cmd(SPI1,ENABLE);}-38-SPI編程實例

--SPI實例下述程序代碼實現(xiàn)一個SPI讀寫AT45DB161DID編號，其源代碼如下。voidAT45DB161_CS_H(void){ /*AT45DB161片選置高*/ GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);}voidAT45DB161_CS_L(void){ /*AT45DB161片選置低*/ GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);}voiddelay(void){ uint32_ti; for(i=0;i<10000;i++) {}}-39-SPI編程實例

--SPI實例GPIO配置GPIO配置函數(shù)，主要對SPI的相關(guān)引腳和片選引腳進行配置，代碼如下?！久枋?1.D.2】GPIO_Config()voidGPIO_Config(void){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

/*時能SPI1時鐘*/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE); /*配置SPI1管腳為復用的推挽*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Init