SPI协议的疑惑

只看该作者 · 2016-6-1 23:02

大神们，
学习STM32，看了里面的SPI协议。书上说SPI是全双工的，也就是说发送数据的同时也能接受数据。发送数据很简单，往寄存器里写数据就好。可在发送的同时是如何接受的呢？通过中断的形式，类似串口？找了半天没看到类似的程序片段。
十分感谢！

1万 · 2016-6-2 00:26

发送一个字节，你会发现同时也收到一个字节

只看该作者 · 2016-6-2 15:19

全双工的时候使用双线制，DR寄存器 = 数据寄存器对应两个缓冲区：一个用于写(发送缓冲)；另外一个用于读(接收缓冲)。写操作将
数据写到发送缓冲区；读操作将返回接收缓冲区里的数据

只看该作者 · 2016-6-5 19:50

移位寄存器，你可以看看数据手册上的详细说明

只看该作者 · 2016-6-5 19:56

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议

只看该作者 · 2016-6-5 19:58

SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入）、SDO（数据输出）、SCLK（时钟）、CS（片选）。
（1）SDO – 主设备数据输出，从设备数据输入；
（2）SDI – 主设备数据输入，从设备数据输出；
（3）SCLK – 时钟信号，由主设备产生；
（4）CS – 从设备使能信号，由主设备控制。
其中，CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。
接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCLK时钟线存在的原因，由SCLK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。因此，至少需要8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），才能完成8位数据的传输。
要注意的是，SCLK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCLK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对SCLK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。
最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。

只看该作者 · 2016-6-5 20:06

spi协议及工作原理分析.pdf (410.67 KB)

只看该作者 · 2016-6-5 20:07

很多标准接口都支持全双工，但实际应用时不见得都需要全双工，这是很正常的。比如，串入并出的芯片，虽然不是标准的SPI接口，但是也可以用SPI接口来驱动，这时通讯是单向的，因为一般的串入并出芯片不能输出数据给单片机，所以单片机还可以把MISO接口省下来，如果接口可以复用，那么MISO接口就可以作为其他用途。
你举的例子，我不知具体情况如何，假设真的无法利用到全双工的长处，那也不见得就是ADC芯片设计的问题。因为SPI接口是一种常见的接口，很多低端的单片机都配备，而且，确实很多标准接口都支持全双工，所以芯片的通讯接口采用SPI是正常的。

只看该作者 · 2016-6-5 20:08

在做主从双机通信时，一定要理解好主机和从机的作用，做主机时会控制通信的时钟，从机是不能产生时钟的。如果从机要发送数据，那可以在主机发送数据的时钟上发送数据。配置上差不多是一样的，就设计主从就得了。我这里接收都是用中断。
还有一点要注意的，做主机接收时，不能和发送共用一个函数。这个为什么我自己现在也没有清楚，只是在实验中测得。

纠错：从机的接收函数改成，这时因为我测试完成后有改动就压包，后来测试发现主机不能正常接收到数据
更正：我之前的两个时钟的理论是不合理的，因为全双工收发是可以共用时钟的，这个我在后面改进的主机程序中有体现。

欢迎大家测试

u8 SPI1_ReadByte(u8 TxData)
{
u8 retry=0;
// while((SPI1->SR&1<<1)==0)//等待发送区空
// {
//  retry++;
//  if(retry>200)return 0;
// }
// SPI1->DR=TxData;    //发送一个byte
retry=0;
while((SPI1->SR&1<<0)==0) //等待接收完一个byte
{
  retry++;
  if(retry>200)return 0;
}
return SPI1->DR;       //返回收到的数据
}

工具：STM32 MINI板两块

注意：NSS软件管理模式，主机：SSM=1,SSI=1。

从机：SSM=1,SSI=0;

连线：主机 SCK<-> SCK 从机

MISO <-> MISO

MOSI<-> MOSI
程序部分：

主机

#include "sys.h" //系统子函数
#include "usart.h"//串口子函数
#include "delay.h" //延时子函数
// SPI总线速度设置
#define SPI_SPEED_2 0
#define SPI_SPEED_8 1
#define SPI_SPEED_16 2
#define SPI_SPEED_256 3

u8 Master_Temp =0;
void SPI1_Init(void); //初始化SPI口
void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet); //设置SPI速度
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData);//SPI总线读写一个字节

int main(void)
{
Stm32_Clock_Init(3); //系统时钟设置
delay_init(24);//延时函数初始化
uart_init(24,9600); //串口初始化
SPI1_Init(); //SPI1初始化
SPI1_SetSpeed(SPI_SPEED_256);//SPI速度两分频
while(1)
{
   SPI1_ReadWriteByte(0x55);
   SPI1_ReadWriteByte(0x66);
   printf("Master_Temp  =%x\r\n",Master_Temp );
   delay_ms(100);
}
}

//SPI口初始化
//这里针是对SPI1的初始化
void SPI1_Init(void)
{
      RCC->APB2ENR|=1<<0; //复用
      RCC->APB2ENR|=1<<2;    //PORTA时钟使能
      RCC->APB2ENR|=1<<12;    //SPI1时钟使能

   //这里只针对SPI口初始化
   GPIOA->CRL&=0X000FFFFF;
   GPIOA->CRL|=0XBBB00000;//PA5.6.7复用
   GPIOA->ODR|=0X7<<5; //PA5.6.7上拉

   SPI1->CR1|=0<<10;//全双工模式
   SPI1->CR1|=1<<9; //软件nss管理
   SPI1->CR1|=1<<8;

   SPI1->CR1|=1<<2; //SPI主机
   SPI1->CR1|=0<<11;//8bit数据格式
   SPI1->CR1|=1<<1; //空闲模式下SCK为1 CPOL=1
   SPI1->CR1|=1<<0; //数据采样从第二个时间边沿开始,CPHA=1
   SPI1->CR1|=0<<3; //Fsck=Fcpu/256
   SPI1->CR1|=0<<7; //MSBfirst

   SPI1->CR2|=1<<6;    //接收缓冲区非空中断使能
   MY_NVIC_Init(1,0,SPI1_IRQChannel,4);

   SPI1->CR1|=1<<6; //SPI设备使能

}
//SPI 速度设置函数
//SpeedSet:
//SPI_SPEED_2 2分频 (SPI 12M --sys 24M)
//SPI_SPEED_8 8分频 (SPI 3M    --sys 24M)
//SPI_SPEED_16  16分频  (SPI 1.5M --sys 24M)
//SPI_SPEED_256 256分频 (SPI  905.6K --sys 24M)
void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet)
{
      SPI1->CR1&=0XFFC7;//Fsck=Fcpu/256
   if(SpeedSet==SPI_SPEED_2)//二分频
   {
      SPI1->CR1|=0<<3;//Fsck=Fpclk/2=36Mhz
   }else if(SpeedSet==SPI_SPEED_8)//八分频
   {
      SPI1->CR1|=2<<3;//Fsck=Fpclk/8=9Mhz
   }else if(SpeedSet==SPI_SPEED_16)//十六分频
   {
      SPI1->CR1|=3<<3;//Fsck=Fpclk/16=4.5Mhz
   }

else    //256分频
   {
      SPI1->CR1|=7<<3; //Fsck=Fpclk/256=281.25Khz 低速模式
   }
   SPI1->CR1|=1<<6; //SPI设备使能
}
//SPIx 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData)
{
   u8 retry=0;
   while((SPI1->SR&1<<1)==0)//等待发送区空
   {
      retry++;
      if(retry>200)return 0;
   }
   SPI1->DR=TxData;    //发送一个byte
   retry=0;
   while((SPI1->SR&1<<0)==0) //等待接收完一个byte
   {
      retry++;
      if(retry>200)return 0;
   }
   return SPI1->DR;       //返回收到的数据
}

u8 SPI1_ReadByte(u8 TxData)
{
u8 retry=0;

   while((SPI1->SR&1<<0)==0) //等待接收完一个byte
   {
      retry++;
      if(retry>200)return 0;
   }
   return SPI1->DR;       //返回收到的数据
}

void SPI1_IRQHandler(void)
{
   if((SPI1->SR&1<<0)==1)
   {
      Master_Temp = SPI1_ReadByte(0x00);
   }
}

从机

#include "sys.h" //系统子函数
#include "usart.h"//串口子函数
#include "delay.h" //延时子函数
// SPI总线速度设置
#define SPI_SPEED_2 0
#define SPI_SPEED_8 1
#define SPI_SPEED_16 2
#define SPI_SPEED_256 3

u8 Slave_Temp=0;

void SPI1_Init(void); //初始化SPI口
void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet); //设置SPI速度
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData);

int main(void)
{
   Stm32_Clock_Init(3); //系统时钟设置
   delay_init(24);//延时函数初始化
   uart_init(24,9600); //串口初始化
   SPI1_Init(); //SPI1初始化
   SPI1_SetSpeed(SPI_SPEED_256);//SPI速度两分频
   MY_NVIC_Init(0,0,SPI1_IRQChannel,4); //设置抢占优先级为1，响应优先级为1，中断分组为4
   while(1)
   {
         printf("Slave_Temp=%x\r\n",Slave_Temp);
            delay_ms(100);
      }
}

//SPI口初始化
//这里针是对SPI1的初始化
void SPI1_Init(void)
{
   RCC->APB2ENR|=1<<0; //复用
   RCC->APB2ENR|=1<<2;    //PORTA时钟使能
   RCC->APB2ENR|=1<<12;    //SPI1时钟使能

   //这里只针对SPI口初始化
   GPIOA->CRL&=0X000FFFFF;
   GPIOA->CRL|=0XBBB00000;//PA5.6.7复用
   GPIOA->ODR|=0X7<<5; //PA5.6.7上拉

   SPI1->CR1|=0<<10;//全双工模式
   SPI1->CR1|=1<<9; //软件nss管理
   SPI1->CR1|=0<<8;//ssi为0

   SPI1->CR1|=0<<2; //SPI从机
   SPI1->CR1|=0<<11;//8bit数据格式
   SPI1->CR1|=1<<1; //空闲模式下SCK为1 CPOL=1
   SPI1->CR1|=1<<0; //数据采样从第二个时间边沿开始,CPHA=1
   SPI1->CR1|=0<<3; //Fsck=Fcpu/256
   SPI1->CR1|=0<<7; //MSBfirst

   SPI1->CR2|=1<<6;    //接收缓冲区非空中断使能
   MY_NVIC_Init(1,0,SPI1_IRQChannel,4);

   SPI1->CR1|=1<<6; //SPI设备使能
}
//SPI 速度设置函数
//SpeedSet:
//SPI_SPEED_2 2分频 (SPI 12M --sys 24M)
//SPI_SPEED_8 8分频 (SPI 3M    --sys 24M)
//SPI_SPEED_16  16分频  (SPI 1.5M --sys 24M)
//SPI_SPEED_256 256分频 (SPI  905.6K --sys 24M)
void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet)
{
   SPI1->CR1&=0XFFC7;//Fsck=Fcpu/256
   if(SpeedSet==SPI_SPEED_2)//二分频
   {
      SPI1->CR1|=0<<3;//Fsck=Fpclk/2=36Mhz
   }
   else if(SpeedSet==SPI_SPEED_8)//八分频
   {
      SPI1->CR1|=2<<3;//Fsck=Fpclk/8=9Mhz
   }
   else if(SpeedSet==SPI_SPEED_16)//十六分频
   {
      SPI1->CR1|=3<<3;//Fsck=Fpclk/16=4.5Mhz
   }
   else    //256分频
   {
      SPI1->CR1|=7<<3; //Fsck=Fpclk/256=281.25Khz 低速模式
   }
   SPI1->CR1|=1<<6; //SPI设备使能
}

u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData)
{
   u8 retry=0;
   while((SPI1->SR&1<<1)==0)//等待发送区空
   {
      retry++;
      if(retry>200)return 0;
   }
   SPI1->DR=TxData;    //发送一个byte
   retry=0;
   while((SPI1->SR&1<<0)==0) //等待接收完一个byte
   {
      retry++;
      if(retry>200)return 0;
   }
   return SPI1->DR;       //返回收到的数据
}

u8 SPI1_ReadByte(u8 TxData)
{
   u8 retry=0;
// while((SPI1->SR&1<<1)==0)//等待发送区空
  // {
//    retry++;
//    if(retry>200)return 0;
  // }
//  SPI1->DR=TxData;    //发送一个byte
//  retry=0;
   while((SPI1->SR&1<<0)==0) //等待接收完一个byte
   {
      retry++;
      if(retry>200)return 0;
   }
   return SPI1->DR;       //返回收到的数据
}

void SPI1_IRQHandler(void)
{
   if((SPI1->SR&1<<0)==1)
   {
      Slave_Temp = SPI1_ReadByte(0x00);
      SPI1_ReadWriteByte(0xaa);
   }
}

改进：把主机改成查询接收也是可以的，这时只要一个发送，是真正意义上的全双工了。

主机：

#include "sys.h" //系统子函数
#include "usart.h"//串口子函数
#include "delay.h" //延时子函数
#include "TIMER.h"

// SPI总线速度设置
#define SPI_SPEED_2 0
#define SPI_SPEED_8 1
#define SPI_SPEED_16 2
#define SPI_SPEED_256 3

u8 Master_Temp =0;
void SPI1_Init(void); //初始化SPI口
void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet); //设置SPI速度
void SPI1_WriteByte(u8 TxData);//SPI总线读写一个字节
u8 SPI1_ReadByte(u8 TxData);

int main(void)
{
Stm32_Clock_Init(3); //系统时钟设置
delay_init(24);//延时函数初始化
uart_init(24,9600); //串口初始化
SPI1_Init(); //SPI1初始化
SPI1_SetSpeed(SPI_SPEED_256);//SPI速度两分频

while(1)
{
   SPI1_WriteByte(0x55);
  Master_Temp = SPI1_ReadByte(0x00);
  printf("Master_Temp =%x\r\n",Master_Temp);
  delay_ms(100);
}
}

//SPI口初始化
//这里针是对SPI1的初始化
void SPI1_Init(void)
{
RCC->APB2ENR|=1<<0; //复用
RCC->APB2ENR|=1<<2;    //PORTA时钟使能
RCC->APB2ENR|=1<<12;    //SPI1时钟使能

//这里只针对SPI口初始化
GPIOA->CRL&=0X000FFFFF;
GPIOA->CRL|=0XBBB00000;//PA5.6.7复用
GPIOA->ODR|=0X7<<5; //PA5.6.7上拉

SPI1->CR1|=0<<10;//全双工模式
SPI1->CR1|=1<<9; //软件nss管理
SPI1->CR1|=1<<8;

SPI1->CR1|=1<<2; //SPI主机
SPI1->CR1|=0<<11;//8bit数据格式
SPI1->CR1|=1<<1; //空闲模式下SCK为1 CPOL=1
SPI1->CR1|=1<<0; //数据采样从第二个时间边沿开始,CPHA=1
SPI1->CR1|=0<<3; //Fsck=Fcpu/256
SPI1->CR1|=0<<7; //MSBfirst

//SPI1->CR2|=1<<6; //接收缓冲区非空中断使能
//MY_NVIC_Init(8,0,SPI1_IRQChannel,4);

SPI1->CR1|=1<<6; //SPI设备使能

}
//SPI 速度设置函数

void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet)
{
SPI1->CR1&=0XFFC7;//Fsck=Fcpu/256
if(SpeedSet==SPI_SPEED_2)//二分频
{
  SPI1->CR1|=0<<3;//Fsck=Fpclk/2=36Mhz
}else if(SpeedSet==SPI_SPEED_8)//八分频
{
  SPI1->CR1|=2<<3;//Fsck=Fpclk/8=9Mhz
}else if(SpeedSet==SPI_SPEED_16)//十六分频
{
  SPI1->CR1|=3<<3;//Fsck=Fpclk/16=4.5Mhz
}else    //256分频
{
  SPI1->CR1|=7<<3; //Fsck=Fpclk/256=281.25Khz 低速模式
}
SPI1->CR1|=1<<6; //SPI设备使能
}
//SPIx 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
void SPI1_WriteByte(u8 TxData)
{
u8 retry=0;
while((SPI1->SR&1<<1)==0)//等待发送区空
{
  retry++;
  if(retry>200)return;
}
SPI1->DR=TxData;    //发送一个byte
}

u8 SPI1_ReadByte(u8 TxData)
{
u8 retry=0;

while((SPI1->SR&1<<0)==0) //等待接收完一个byte
{
  retry++;
  if(retry>200)return 0;
}
return SPI1->DR;       //返回收到的数据
}

只看该作者 · 2016-6-5 20:09

STM32 SPI双机通信.rar (119.95 KB)

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