STM32 SPI 数据传输

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种高速、全双工的同步通信协议，广泛应用于微控制器与外部设备（如传感器、存储器、显示器等）之间的数据传输。STM32 微控制器内置了强大的 SPI 外设，支持多种配置模式，能够满足不同应用场景的需求。

SPI 基本概念

SPI 通信通常涉及以下四个信号线：

SCK（Serial Clock）：时钟信号，由主设备生成，用于同步数据传输。
MOSI（Master Out Slave In）：主设备输出，从设备输入的数据线。
MISO（Master In Slave Out）：主设备输入，从设备输出的数据线。
NSS（Slave Select）：从设备选择信号，用于选择特定的从设备进行通信。

SPI 通信是全双工的，意味着数据可以同时在 MOSI 和 MISO 线上传输。主设备通过 SCK 信号控制数据传输的速率，并通过 NSS 信号选择要通信的从设备。

STM32 SPI 配置步骤

在 STM32 中使用 SPI 进行数据传输通常需要以下步骤：

初始化 SPI 外设：配置 SPI 的工作模式、数据帧格式、时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）等参数。
配置 GPIO 引脚：将 SPI 相关的引脚（SCK、MOSI、MISO、NSS）配置为复用功能。
启用 SPI 外设：启动 SPI 外设，使其进入工作状态。
发送和接收数据：通过 SPI 数据寄存器发送和接收数据。
处理中断或 DMA（可选）：如果需要高效的数据传输，可以使用中断或 DMA 来处理数据。

代码示例：SPI 初始化与数据传输

以下是一个简单的 STM32 SPI 初始化与数据传输的代码示例：

#include "stm32f4xx.h"

void SPI1_Init(void) {
    // 启用 GPIOA 和 SPI1 时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);

    // 配置 GPIOA 引脚为 SPI 复用功能
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 配置 SPI1
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStruct;
    SPI_InitStruct.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
    SPI_InitStruct.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    SPI_InitStruct.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
    SPI_InitStruct.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
    SPI_InitStruct.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
    SPI_InitStruct.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    SPI_InitStruct.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;
    SPI_InitStruct.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
    SPI_InitStruct.SPI_CRCPolynomial = 7;
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStruct);

    // 启用 SPI1
    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}

uint8_t SPI1_TransmitReceive(uint8_t data) {
    // 等待发送缓冲区为空
    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
    // 发送数据
    SPI_I2S_SendData(SPI1, data);
    // 等待接收缓冲区非空
    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);
    // 返回接收到的数据
    return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}

输入与输出

在上述代码中，SPI1_TransmitReceive 函数用于发送一个字节的数据并接收从设备返回的数据。例如，发送 0x55 并接收返回的数据：

uint8_t receivedData = SPI1_TransmitReceive(0x55);

实际应用场景

SPI 通信在嵌入式系统中有着广泛的应用。以下是一些常见的应用场景：

传感器数据读取：许多传感器（如温度传感器、加速度计等）通过 SPI 接口与微控制器通信。
存储器访问：SPI Flash 存储器常用于存储配置数据或固件。
显示器控制：某些 LCD 或 OLED 显示器通过 SPI 接口接收显示数据。

提示

在实际应用中，SPI 通信的速度和稳定性非常重要。可以通过调整 SPI 的时钟分频器来优化通信速度，同时确保信号完整性。

总结

SPI 是一种高效、灵活的通信协议，适用于多种嵌入式应用场景。通过 STM32 的 SPI 外设，开发者可以轻松实现与外部设备的高速数据传输。本文介绍了 SPI 的基本概念、配置步骤以及代码示例，帮助初学者快速上手 STM32 SPI 通信。

附加资源与练习

练习 1：尝试修改 SPI 的时钟分频器，观察数据传输速度的变化。
练习 2：使用 SPI 接口读取一个 SPI Flash 存储器的 ID，并验证其正确性。
参考资源：
- STM32 SPI 外设参考手册
- SPI 通信协议详解

SPI 基本概念​

STM32 SPI 配置步骤​

代码示例：SPI 初始化与数据传输​

输入与输出​

实际应用场景​

总结​

附加资源与练习​