单片机SPI通信实现

在深入探讨单片机（如基于STM32、AVR、PIC等）如何通过SPI（Serial Peripheral Interface）进行通信之前，我们先概述SPI通信的基本原理，随后以STM32微控制器为例，详细解释如何配置SPI接口，并提供相应的代码示例。

SPI通信基本原理

SPI是一种高速、全双工、同步的通信总线，用于微控制器与各种外围设备（如传感器、存储器、显示器等）之间的通信。SPI由以下几根线组成：

• SCK (Serial Clock) : 串行时钟信号，由主设备生成，用于同步数据传输。
• MOSI (Master Out Slave In) : 主设备数据输出，从设备数据输入。
• MISO (Master In Slave Out) : 主设备数据输入，从设备数据输出。
• SS (Slave Select) : 从设备选择信号，由主设备控制，用于选择通信的从设备（有时也写作CS，Chip Select）。

SPI可以配置为多种模式，主要通过时钟极性和相位的不同组合来实现（CPOL和CPHA）：

• CPOL (Clock Polarity): 时钟信号的空闲状态（高电平或低电平）。
• CPHA (Clock Phase): 数据采样发生在时钟的哪个边缘（上升沿或下降沿）。

STM32 SPI配置示例

1. 硬件连接

首先，确保你的STM32开发板上的SPI引脚已经正确连接到目标外设的SPI接口。以STM32F103为例，通常SPI1的引脚包括PA5(SCK), PA6(MISO), PA7(MOSI), 和 PA4(NSS)。

2. 软件配置

STM32的SPI配置通常通过HAL库或标准外设库来实现。这里以STM32CubeMX结合HAL库为例。

a. 使用STM32CubeMX配置SPI

1. 打开STM32CubeMX，创建一个新项目并选择你的STM32设备。
2. 在“Pinout & Configuration”选项卡中，找到SPI接口（如SPI1），点击配置它。
3. 设置SPI的基本参数，如SPI模式（Mode）、数据大小（Data Size）、时钟极性（CPOL）、时钟相位（CPHA）、波特率预分频器（Baudrate Prescaler）等。
4. 启用中断（如果需要）和DMA（如果处理大量数据）。
5. 生成代码，并选择合适的IDE（如Keil uVision, IAR, SW4STM32等）。

b. 编写SPI通信代码

以下是基于HAL库的SPI初始化代码和简单的读写函数示例。

#include "stm32f1xx_hal.h"  
  
SPI_HandleTypeDef hspi1;  
  
void MX_SPI1_Init(void)  
{  
    hspi1.Instance = SPI1;  
    hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;  
    hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;  
    hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;  
    hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;  
    hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;  
    hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;  
    hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16;  
    hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;  
    hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;  
    hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;  
    hspi1.Init.CRCPolynomial = 7;  
    HAL_SPI_Init(&hspi1);  
}  
  
void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* hspi)  
{  
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};  
    if(hspi- >Instance==SPI1)  
    {  
        __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();  
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();  
  
        /**SPI1 GPIO Configuration      
        PA5 ------ > SPI1_SCK  
        PA6 ------ > SPI1_MISO  
        PA7 ------ > SPI1_MOSI   
        */  
        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;  
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;  
        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;  
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);  
  
        // 如果需要，配置NSS引脚  
        // ...  
    }  
}  
  
// SPI 发送函数  
HAL_StatusTypeDef SPI_SendData(uint8_t *pData, uint16_t Size)  
{  
    return HAL_SPI_Transmit(&hspi1, pData, Size, HAL_MAX_DELAY);  
}  
  
// SPI 接收函数  
HAL_StatusTypeDef SPI_ReceiveData(uint8_t *pData, uint16_t Size)  
{  
    return HAL_SPI_Receive(&hspi1, pData, Size, HAL_MAX_DELAY);  
}  
  
// 可以在主函数或其他地方调用这些函数进行通信  
int main(void)  
{  
    HAL_Init();  
    MX_SPI1_Init();  
  
    uint8_t txData[] = {0x01, 0x02, 0x03};  
    uint8_t rxData[3];  
  
    // 发送数据  
    if(HAL_OK == SPI_SendData(txData, sizeof(txData)/sizeof(txData[0])))  
    {  
        // 接收数据（这里假设立即回复）  
        if(HAL_OK == SPI_ReceiveData(rxData, sizeof(rxData)/sizeof(rxData[0])))  
        {  
            // 处理接收到的数据  
        }  
    }  
  
    while (1)  
    {  
        // 循环体  
    }  
}

总结

以上代码示例展示了如何在STM32微控制器上配置和使用SPI接口进行基本的数据发送和接收。在实际应用中，你可能需要根据具体的外设规格调整SPI的配置参数，并处理通信过程中的错误和中断。此外，对于复杂的应用场景，还可能需要实现更高级的通信协议和数据处理逻辑。