STM32之SPI浅析

Uart串口通讯只能满足点对点的通讯，无法满足一对多的通讯要求，另外，在传输速度上也比较受限，不能满足高速传输的要求，于是人们又设计出了新的通讯方式，即SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口）。

SPI通讯需要使用4条数据线：主机输出/从机输入（MOSI）、主机输入/主机输出（MISO）、串行时钟SCK和外设芯片选择（CS）。对于SPI通讯来说，提供时钟信号的一方为主机，另外一方为从机，主机还需要负责提供芯片选择信号以确认主机和谁通讯，而从机需要有SPI接口专用的芯片选择管脚，称为从机选择（SS）管脚，其目的是使MCU处于SPI从机模式。下图显示了SPI通讯的连接示意：

从图中可以更清楚地看出，SPI通讯可以实现一对多的连接和数据传输，但在一确定的时刻，它的通讯方式还是1对1的，也就是一个主机对应一个从机，而具体的从机是谁，是有片选信号决定的，主机负责提供片选信号，从机负责提供片选引脚。其中SPI的四个引脚意义具体描述如下：

（1）   MOSI – 主器件数据输出,从器件数据输入

（2）   MISO – 主器件数据输入,从器件数据输出

（3）   SCK – 时钟信号,由主器件产生

（4）   /SS – 从器件使能信号,由主器件控制

对于SPI来说，我们还要理解以下它的不同工作模式，下图是一个典型的SPI时序：

这里列出了两种时钟信号，一个在周期内由低向高跳变，另外一个则是由高向低跳变，这就是工作模式的决定因素之一，另外一个因素则是数据信号是在上升沿采集还是下降沿采集，则是，SPI就有四种工作模式了，具体SPI的工作原理可以参考产品的Datasheet。

Mbed支持SPI主机和从机的相关操作,它使用SPI完成SPI主机的相关功能，使用SPISlave完成SPI从机的相关功能，具体列表如下：

对于单片机来说，大多数时候它是当SPI主机使用，而当做SPI从机使用的一般是各种各样的传感器或执行器，xbed LPC1768上的at86rf231射频芯片采用的就是SPI通讯方式。SPI通讯主机应用的基本过程包括两步,首先是SPI的初始化,包括工作模式的确定,工作频率的确定等;然后再是SPI主机的收发,下面是一个读取xbed LPC1768附带射频芯片版本的示例代码:

#define RF231_CSPIN P0_20

SPI RF231_spi(P0_18, P0_17, P0_15);

DigitalOut RF231_cs(RF231_CSPIN);

#define RG_PART_NUM (0x1c)

#define RG_VERSION_NUM (0x1d)

#define TRX_CMD_RADDR_MASK   (0x3f)

#define TRX_CMD_RR           (1<<7)

#define TRX_CMD_RW           (1<<6|1<<5)

Serial pc(USBTX,USBRX);

void trx_reg_write(uint8_t addr, uint8_t val)

{

    addr = TRX_CMD_RW | (TRX_CMD_RADDR_MASK & addr);

    RF231_cs = 0;

    RF231_spi.write(addr);

    RF231_spi.write(val);

    RF231_cs = 1;

}

uint8_t trx_reg_read(uint8_t addr)

{

    uint8_t val;

    addr=TRX_CMD_RR | (TRX_CMD_RADDR_MASK & addr);

    RF231_cs = 0;

    RF231_spi.write(addr);

    val=RF231_spi.write(addr);

    RF231_cs=1;

    return (uint8_t)val;

}

int main() {

    RF231_cs = 1;

    RF231_spi.format(8, 0);

    RF231_spi.frequency(1000000);

    while (1)

    {

        pc.printf("RFIC part number and version number is:%d.%d \n",trx_reg_read(RG_PART_NUM),trx_reg_read(RG_VERSION_NUM));

        wait(1);

    }

}这里需要理解的就是SPI从机的寄存器地址的概念,其实大量的SPI通讯,尤其是和SPI外设之间的通讯其主要目的就是寄存器的读写,如上面例子的RG_PART_NUM和RG_VERSION_NUM就是保存射频芯片版本的寄存器地址, 在SPI读写时的如下操作:

addr=TRX_CMD_RR | (TRX_CMD_RADDR_MASK & addr)

是根据AT86RF231的Datasheet编写的,其目的是为了区分是读寄存器还是写寄存器,以及限制各自可操作的寄存器地址范围,从上面的代码可以看出,对于一般的SPI通讯来说,读写是类似的,不管是读写,首先是拉低片选信号，然后发送需要操作的寄存器地址,最后再进行后续读写操作,如果是写,直接发送写入值即可,如果是读,可以再发送一次地址数据然后读取返回值。上面的代码中还给出了SPI写寄存器的函数，用户需要时可以操作。

虽然微处理器主要用作SPI从机，但在某些微处理器之间需要高速双向通讯的场合，它也可以当SPI从机使用，为了完成SPI之间的双向主从通讯，我们需要两块xbed LPC1768,配合示例代码使用的连接方式如下：

SPI主机的代码：

SPI spi_master(p11, p12, p13); // mosi, miso, sclk

#define PIN_CS p14

DigitalOut cs(PIN_CS);

DigitalOut led(LED1);

Serial pc(USBTX,USBRX);

int main()

{

    spi_master.format(8,3);

    spi_master.frequency(1000000);

    while (1)

    {

        cs=0;

        led=1;

        pc.putc(spi_master.write('H'));

        cs=1;

        led=0;

        wait(1);

    }

}

SPI从机的代码：

SPISlave spi_slave(p11, p12, p13, p14); // mosi, miso, sclk, ssel

Serial pc(USBTX,USBRX);

int main() {

    spi_slave.format(8,3);

    while(1) {

        while(spi_slave.receive())

        {

            pc.putc( spi_slave.read());

            spi_slave.reply('K');

        }

    }

}