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[RISC-V MCU 应用开发] 第四十九章、CH32V103应用教程——SPI-单工通信（1条时钟线...

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 楼主| RISCVLAR 发表于 2021-1-12 13:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
通信, spi, 时钟, IO, ni
本帖最后由 RISCVLAR 于 2021-1-12 13:36 编辑

CH32V103应用教程——SPI-单工通信（1条时钟线和1条单向数据线），主机接收从机发送

本章教程主要在SPI单工通信方式下进行1条时钟线和1条单向数据线配置，并进行主机接收从机发送。

1、SPI简介及相关函数介绍
关于SPI单工通信模式下1条时钟线和1条单向数据线配置介绍，在第46章已经进行介绍，在此不再赘述。
关于CH32V103 SPI具体信息，可参考CH32V103应用手册。SPI标准库函数在第十五章节已介绍，在此不再赘述。

2、硬件设计
本章教程主要在SPI单工通信模式下选择1条时钟线和1条单向数据线进行主机发送从机接收实验，需用到两个开发板，且由于采用1条时钟线和1条单向数据线配置，因此主设备和从设备均使用MISO引脚进行通讯。此处使用外设为SPI1，主设备和从设备MISO对应引脚均为PA6引脚，将主设备PA6引脚与从设备PA6引脚连接起来，此外还需将两个开发板SPI1对应的SCK引脚PA5连接起来。

此外，由于两个开发板需要同时进行上电传输，因此将两个开发板的3.3V引脚和GND引脚进行连接。

3、软件设计
本章教程主要进行SPI单工通信模式1条时钟线和1条双向数据线配置下的主机接收从机发送实验，具体程序如下：
spi.h文件
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  1. #ifndef __SPI_H
    

  2. #define __SPI_H
    


  3. 

  4. #include "ch32v10x_conf.h"
    


  5. 

  6. /* SPI Mode Definition */
    

  7. #define HOST_MODE    0
    

  8. #define SLAVE_MODE   1
    


  9. 

  10. /* SPI Communication Mode Selection */
    

  11. //#define SPI_MODE   HOST_MODE
    

  12. #define SPI_MODE   SLAVE_MODE
    


  13. 

  14. #define  Size  18
    


  15. 

  16. extern volatile u8 Txval;
    

  17. extern volatile u8 Rxval;
    

  18. extern u16 TxData[Size];
    

  19. extern u16 RxData[Size];
    


  20. 

  21. void SPI_1Lines_HalfDuplex_Init(void);
    

  22. void SPI1_IRQHandler(void);
    


  23. 

  24. #endif
spi.h文件主要进行相关宏定义和函数声明；
spi.c文件
复制
  1. #include "spi.h"
    


  2. 

  3. /* Global Variable */
    

  4. volatile u8 Txval=0, Rxval=0;
    


  5. 

  6. u16 TxData[Size] = { 0x0101, 0x0202, 0x0303, 0x0404, 0x0505, 0x0606,
    

  7.                      0x1111, 0x1212, 0x1313, 0x1414, 0x1515, 0x1616,
    

  8.                      0x2121, 0x2222, 0x2323, 0x2424, 0x2525, 0x2626 };
    

  9. u16 RxData[Size];
    


  10. 

  11. void SPI1_IRQHandler(void) __attribute__((interrupt("WCH-Interrupt-fast")));
    


  12. 

  13. /*******************************************************************************
    

  14. * Function Name  : SPI_1Lines_HalfDuplex_Init
    

  15. * Description    : Configuring the SPI for half-duplex communication.
    

  16. * Input          : None
    

  17. * Return         : None
    

  18. *******************************************************************************/
    

  19. void SPI_1Lines_HalfDuplex_Init(void)
    

  20. {
    

  21.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    

  22.     SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;
    

  23.     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    


  24. 

  25.     RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE );
    


  26. 

  27. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    

  28.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    

  29.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   //推挽复用输出
    

  30.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  31.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    


  32. 

  33.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    

  34.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;  //浮空输入
    

  35.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    


  36. 

  37. #elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    

  38.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    

  39.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    

  40.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    


  41. 

  42.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    

  43.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    

  44.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  45.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    

  46. #endif
    


  47. 


  48. 

  49. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    

  50.     //SPI单工通信（1条时钟线和1条单向数据线），只接收模式下，SPI_Direction_1Line_Rx值为0x8000，即配置SPI控制寄存器位15 BIDIMODE位 为1（单线双向模式）、位14 BIDIOE位为0（禁止输出，仅接收）
    

  51.     SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_RxOnly;
    

  52.     SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;  //配置为主机模式
    


  53. 

  54. #elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    

  55.     //SPI单工通信（1条时钟线和1条单向数据线），只发送模式下，SPI_Direction_1Line_Tx值为0xC000，即配置SPI控制寄存器位15 BIDIMODE位 为1（单线双向模式）、位14 BIDIOE位为1（使能输出，仅发送）
    

  56.     SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
    

  57.     SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Slave;   //配置为从机模式
    


  58. 

  59. #endif
    


  60. 

  61.     SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_16b;  //设置SPI通讯数据帧大小
    

  62.     SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;   //设置时钟极性
    

  63.     SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;  //设置时钟相位
    

  64.     SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;     //设置NSS引脚（即片选引脚）的使用模式
    

  65.     SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64;  //设置波特率分频因子
    

  66.     SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;  //设置数据传输高位在前
    

  67.     SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;      //设置用于CRC计算的多项式
    

  68.     SPI_Init( SPI1, &SPI_InitStructure );
    


  69. 

  70.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SPI1_IRQn;
    

  71.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
    

  72.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    

  73.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    

  74.     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    


  75. 


  76. 

  77. #if (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    


  78. 

  79.     SPI_I2S_ITConfig( SPI1, SPI_I2S_IT_TXE , ENABLE ); //使能开启SPI1接收中断
    


  80. 

  81.     SPI_Cmd( SPI1, ENABLE );
    


  82. 

  83. #endif
    


  84. 

  85. }
    


  86. 

  87. /*******************************************************************************
    

  88. * Function Name  : SPI1_IRQHandler
    

  89. * Description    : This function handles SPI1 exception.
    

  90. * Input          : None
    

  91. * Return         : None
    

  92. *******************************************************************************/
    

  93. void SPI1_IRQHandler(void)
    

  94. {
    

  95. #if (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    


  96. 

  97.     if( SPI_I2S_GetITStatus( SPI1, SPI_I2S_IT_TXE ) != RESET )
    

  98.     {
    

  99.         SPI_I2S_SendData( SPI1, TxData[Txval++] );
    

  100.         if( Txval == 18 )
    

  101.         {
    

  102.             SPI_I2S_ITConfig( SPI1, SPI_I2S_IT_TXE , DISABLE );
    

  103.         }
    

  104.     }
    


  105. 


  106. 

  107. #elif (SPI_MODE == HOST_MODE)
    


  108. 

  109.     if( Rxval<18 )
    

  110.     {
    

  111.         if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE ) != RESET )     //接收缓冲区非空
    

  112.         {
    

  113.                 RxData[Rxval++] = SPI_I2S_ReceiveData( SPI1 );    //接收数据
    


  114. 

  115.         }
    

  116.         //主模式下单向只接收模式，需等待倒数第二个RXNE=1且在关闭SPI之前等待一个SPI时钟周期，此处利用延时函数实现
    

  117.         if( Rxval == 16 )
    

  118.         {
    

  119.             Delay_Us(2);
    

  120.         }
    


  121. 

  122.         //在进入停机模式或关闭该模块时钟之前等待最后一个RXNE=1。
    

  123.         if( Rxval == 17 )
    

  124.         {
    

  125.             SPI_Cmd( SPI1, DISABLE );       //关闭SPI1
    

  126.         }
    

  127.     }
    


  128. 

  129. #endif
    

  130. }
    


  131.
spi.c文件主要包括两个函数：SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数和SPI1_IRQHandler函数。SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数主要进行SPI1单工通信模式1条时钟线和1条单向数据线配置下的主机接收从机发送配置。首先，由于选择1条时钟线和1条单向数据线配置，在这种配置下，主机和从机均需要用到SCK引脚和MISO引脚，此处，由于用到SPI1，对应SCK引脚为PA5，MISO引脚为PA6，因此，在SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数中首先对主机和从机对应GPIO引脚进行初始化配置，此处需要注意，由于是主机接收从机发送，需要将主机PA6引脚设置为浮空输入模式，从机PA6引脚设置为复用推挽输出模式。此外，由于主机作为接收，从机作为发送，此处在SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数中需要对SPI进行主机接收和从机发送初始化配置，此配置可根据CH32V103应用手册主模式和从模式配置步骤进行，主要对SPI通信的通信方向、主从模式、数据帧大小、时钟极性、时钟相位、NSS引脚使用方式、波特率等进行配置，可对照手册参考标准库函数ch32v10x_spi.c文件中SPI_Init函数进行配置。

此处需要注意的是，在SPI单工通信1条时钟线和1条单向数据线配置模式下，SPI可以作为只发送，或者作为只接收。
只发送：此种模式类似于全双工模式（SPI控制寄存器1 BIDIMODE=0，RXONLY=0），数据在发送引脚(主模式时是MOSI、从模式时是MISO)上传输，而接收引脚(主模式时是MISO、从模式时是MOSI)可以作为通用的I/O使用。此时，软件不必理会接收缓冲器中的数据(如果读出数据寄存器，它不包含任何接收数据)。
只接收：此种模式可通过将SPI控制寄存器1的RXONLY位置1配置为禁止输出（只接收模式），此时，发送引脚(主模式时是MOSI、从模式时是MISO)被释放，可以作为其它功能使用。
在只接收情况下，SPI的配置方式为：
在主模式时：使能SPI后，启动数据通信，当SPI控制寄存器1 SPE位置0后禁用SPI，停止接收。在这种模式下，SPI状态寄存器位7 BSY始终为1，因此不必读取BSY标志。
在从模式时：只要NSS被拉低(或在NSS软件模式时， SPI控制寄存器1 SSI位为‘0’)同时SCK有时钟脉冲，SPI就一直在接收。

SPI1_IRQHandler函数为SPI1中断服务函数，主要进行主机模式下的数据发送和从机模式下的数据接收。

main.c文件
复制
  1. /********************************** (C) COPYRIGHT *******************************
    

  2. * File Name          : main.c
    

  3. * Author             : WCH
    

  4. * Version            : V1.0.0
    

  5. * Date               : 2020/04/30
    

  6. * Description        : Main program body.
    

  7. *******************************************************************************/
    


  8. 

  9. #include "debug.h"
    

  10. #include "spi.h"
    


  11. 

  12. /*******************************************************************************
    

  13. * Function Name  : main
    

  14. * Description    : Main program.
    

  15. * Input          : None
    

  16. * Return         : None
    

  17. *******************************************************************************/
    

  18. int main(void)
    

  19. {
    

  20.     u8 i;
    


  21. 

  22.     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
    

  23.     Delay_Init();
    

  24.     USART_Printf_Init(115200);
    

  25.     printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
    


  26. 

  27.     SPI_1Lines_HalfDuplex_Init();
    


  28. 

  29. #if (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    

  30.     printf("SLAVE Mode\r\n");
    

  31.     Delay_Ms(1000);
    


  32. 

  33. #endif
    


  34. 

  35. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    

  36.     printf("HOST Mode\r\n");
    

  37.     Delay_Ms(2000);
    

  38.     SPI_Cmd( SPI1, ENABLE );
    

  39.     SPI_I2S_ITConfig( SPI1, SPI_I2S_IT_RXNE , ENABLE );
    


  40. 

  41. #endif
    


  42. 

  43.     while(1)
    

  44.     {
    

  45. #if (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    

  46.         while( Txval<18 );
    


  47. 

  48.         /* 等待TXE=1，BSY=0,等待发送完成，关闭SPI1 */
    

  49.         while( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE ) != RESET )
    

  50.         {
    

  51.             if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY ) == RESET )
    

  52.             {
    

  53.                 SPI_Cmd( SPI1, DISABLE );       //关闭SPI1
    

  54.                 printf("Tx End\r\n");
    

  55.                 while(1);
    

  56.             }
    

  57.         }
    


  58. 

  59. #elif (SPI_MODE == HOST_MODE)
    


  60. 

  61.         while( Rxval<18 );
    


  62. 

  63.         for( i=0; i<18; i++ )
    

  64.         {
    

  65.             printf( "Rxdata:%04x\r\n", RxData[i] );
    

  66.         }
    


  67. 

  68.         while(1);
    


  69. 

  70. #endif
    

  71.     }
    

  72. }
    


  73.
main.c文件主要进行函数初始化以及主机模式下的接收数据打印输出以及从机模式下的数据发送结束提示。

4、下载验证
将编译好的程序分别在主机模式和从机模式下下载到两个开发版，并将主机的PA6引脚与从机PA6引脚进行连接，开发板上电后，串口打印如下：
主机打印：
图片1.png
从机打印：
图片2.png

48、SPI-单工通信（1条时钟线和1条单向数据线），主机接收从机发送.rar.rar

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