[经验]stm32之SPI通信之学习分析附源码

1万 · 2023-6-8 10:10

之前一直对SPI通信一知半解，所以想抽空把它搞得明白一些。考虑到之前是结合Flash芯片来学的，十分不直观，而且主要把时间和精力都花在Flash芯片的datasheet和驱动上了，SPI通信也没学好。所以这次就考虑用4位数码管显示模块，模块是直接买的现成的，如下图所示，这样可以简化操作，把精力聚焦到学习的核心–SPI通信本身上来。
　　该模块是用2片74HC595串联驱动的，一片用来控制数码管的位选(U1)，一片用来控制数码管的段选(U2)。接口比较简单，总共5个引脚，2个引脚分别接VCC和GND，DIO用来接收串行数据的输入，SCLK用来接收同步时钟，每个SCLK上升沿74HC595内部的移位寄存器会移一位，RCLK用来控制数据的输出，每个RCLK上升沿74HC595内部的移位寄存器的数据会被放进存储寄存器并输出到外部引脚QA~QH上。而QH’是串行输出引脚，该引脚会接收最高位的溢出，从而实现多片74HC595的级联。
　　当两片74HC595串联时，先发八位数据用于段选，再发八位数据用于位选，然后RCLK上升沿，就可以驱动某位数码管显示某个字符，通过动态扫描数码管，由于人眼的视觉暂停效果，就可以实现4位数码管的同时显示。先用通用I/O来实现该数码管的驱动，程序如下：
　　头文件74HC595.h
　　#ifndef __74HC595_H__

　　#define __74HC595_H__
　　#include"STM32f10x_lib.h" //包含所有的头文件
　　#include
　　// 4-Bit LED Digital Tube Module
　　#define HC595_SCLK_PIN GPIO_Pin_5 // SPI1_SCK PA5
　　#define HC595_RCLK_PIN GPIO_Pin_12 // SPI1_NSS PA4
　　#define HC595_DIO_PIN GPIO_Pin_7 // SPI1_MOSI PA7
　　#define HC595_GPIO GPIOA
　　#define HC595_RCLK_GPIO GPIOB
　　#define HC595_RCC RCC_APB2Periph_GPIOA
　　#define HC595_RCLK_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB
　　void HC595_Init(void);
　　void HC595_SendByte(u8 data);
　　u8 HC595_Display(u16 num, u8 dp);
　　#endif

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1万 · 2023-6-8 10:11

源文件74HC595.c
　　// 用于HC595实现的4Bit-LED Digit Tube Module

　　// 注意：该4位数码管是共阳的!

　　#include "74HC595.h"

　　// 码表

　　const u8 digitTable[] =

　　{

　　// 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

　　0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90,

　　// A b C d E F -

　　0x8C, 0xBF, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0xFF, 0xbf

　　};

　　/*******************************************************************************

　　* Function Name : HC595_Init

　　* Description : 初始化HC595

　　* Input : None

　　* Output : None

　　* Return : None

　　*******************************************************************************/

　　void HC595_Init(void)

　　{

　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //声明一个结构体变量

　　RCC_APB2PeriphClockCmd(HC595_RCC | HC595_RCLK_RCC, ENABLE);
//使能HC595的时钟

　　//74HC595, SCLK RCLK DIO 推挽输出

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HC595_SCLK_PIN| HC595_DIO_PIN;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //管脚频率为50MHZ

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //输出模式为推挽输出

　　GPIO_Init(HC595_GPIO, &GPIO_InitStructure); //初始化寄存器

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HC595_RCLK_PIN;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //管脚频率为50MHZ

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //输出模式为推挽输出

　　GPIO_Init(HC595_RCLK_GPIO, &GPIO_InitStructure); //初始化寄存器

　　}

　　/*******************************************************************************

　　* Function Name : HC595_SendByte

　　* Description : 发送一个字节

　　* Input : data

　　* Output : None

　　* Return : None

　　*******************************************************************************/

　　void HC595_SendByte(u8 data)

　　{

　　u8 i;

　　for (i=8; i>=1; i--)

　　{

　　// 高位在前

　　if (data&0x80)

　　GPIO_SetBits(HC595_GPIO, HC595_DIO_PIN);

　　else

　　GPIO_ResetBits(HC595_GPIO, HC595_DIO_PIN);

　　data <<= 1;

　　// SCLK上升沿

　　GPIO_ResetBits(HC595_GPIO, HC595_SCLK_PIN);

　　GPIO_SetBits(HC595_GPIO, HC595_SCLK_PIN);

　　}

　　}

　　/*******************************************************************************

　　* Function Name : HC595_Display

　　* Description : 显示4位数字(包括小数点)

　　* Input : num: 0000 - 9999

　　* dp: 小数点的位置1-4

　　* Output : None

　　* Return : 正常返回0，错误返回1

　　*******************************************************************************/

　　u8 HC595_Display(u16 num, u8 dp)

　　{

　　u8 qian = 0, bai = 0, shi = 0, ge = 0;

　　// 对显示的参数范围进行检查

　　if (num > 9999 || dp > 4)

　　//报错

　　return 1;

　　// 对num进行分解

　　qian = num / 1000;

　　bai = num % 1000 / 100;

　　shi = num % 100 / 10;

　　ge = num % 10;

　　// 千位

　　if(dp == 1)

　　HC595_SendByte(digitTable[qian] & 0x7F);

　　else

　　HC595_SendByte(digitTable[qian]);

　　HC595_SendByte(0x08);

　　GPIO_ResetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

　　GPIO_SetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

　　// 百位

　　if(dp == 2)

　　HC595_SendByte(digitTable[bai] & 0x7F);

　　else

　　HC595_SendByte(digitTable[bai]);

　　HC595_SendByte(0x04);

　　GPIO_ResetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

　　GPIO_SetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

　　// 十位

　　if(dp == 3)

　　HC595_SendByte(digitTable[shi] & 0x7F);

　　else

　　HC595_SendByte(digitTable[shi]);

　　HC595_SendByte(0x02);

　　GPIO_ResetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

　　GPIO_SetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

　　// 个位

　　if(dp == 4)

　　HC595_SendByte(digitTable[ge] & 0x7F);

　　else

　　HC595_SendByte(digitTable[ge]);

　　HC595_SendByte(0x01);

　　GPIO_ResetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

　　GPIO_SetBits(HC595_RCLK_GPIO, HC595_RCLK_PIN);

　　return 0;

　　}

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1万 · 2023-6-8 10:11

接下来就可以把重心都放在STM32的SPI外设上了，首先需要读一下STM32F10x的参考手册的SPI(串行外设接口)部分，这样对SPI就可以有较好的理解，比较重要的是要看懂SPI的结构框图和主从机通信的示意图，如下：
　　这个理解以后，我们就可以参考《STM32F103XX固件库用户手册》的SPI部分来实现STM32的SPI外设配置和收发数据了，具体代码如下：
　　头文件74HC595_SPI.h
　　#ifndef __74HC595_SPI_H__

　　#define __74HC595_SPI_H__

　　#include"stm32f10x_lib.h" //包含所有的头文件

　　#include

　　// 4-Bit LED Digital Tube Module

　　// 引脚 // SPI1 4位数码管

　　#define HC595_NSS_PIN GPIO_Pin_4 // SPI1_NSS 未用

　　#define HC595_SCK_PIN GPIO_Pin_5 // SPI1_SCK SCLK

　　#define HC595_MISO_PIN GPIO_Pin_6 // SPI1_MISO 未用

　　#define HC595_MOSI_PIN GPIO_Pin_7 // SPI1_MOSI DIO

　　#define HC595_RCLK_PIN GPIO_Pin_12 // RCLK

　　// 端口

　　#define HC595_SPI1_GPIO GPIOA

　　#define HC595_RCLK_GPIO GPIOB

　　// 时钟

　　#define HC595_SPI1_RCC RCC_APB2Periph_GPIOA

　　#define HC595_RCLK_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB

　　void HC595_Init(void);

　　void HC595_SendByte(u8 data);

　　u8 HC595_Display(u16 num, u8 dp);

　　#endif

　　源文件74HC595_SPI.c

　　/************************省略部分代码见(74HC595.c)************************/

　　/*******************************************************************************

　　* Function Name : HC595_Init

　　* Description : 初始化HC595

　　* Input : None

　　* Output : None

　　* Return : None

　　*******************************************************************************/

　　void HC595_Init(void)

　　{

　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

　　SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; // 声明一个结构体变量

　　// 不需要开启AFIO时钟

　　RCC_APB2PeriphClockCmd(HC595_SPI1_RCC | HC595_RCLK_RCC |
RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE); // 使能HC595及SPI1的时钟

　　//74HC595, SPI1_NSS、SPI1_SCK、SPI1_MOSI

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HC595_NSS_PIN | HC595_SCK_PIN
|HC595_MOSI_PIN;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 管脚频率为50MHZ

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 输出模式为复用推挽输出

　　GPIO_Init(HC595_SPI1_GPIO, &GPIO_InitStructure); // 初始化寄存器

　　//74HC595, SPI1_MISO

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HC595_MISO_PIN;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 输入模式为浮空输入

　　GPIO_Init(HC595_SPI1_GPIO, &GPIO_InitStructure); // 初始化寄存器

　　//74HC595, RCLK

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HC595_RCLK_PIN;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 管脚频率为50MHZ

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 输出模式为复用推挽输出

　　GPIO_Init(HC595_RCLK_GPIO, &GPIO_InitStructure); // 初始化寄存器

　　/* Initialize the SPI1 according to the SPI_InitStructure members */

　　SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;

　　// 第一步：设置主从模式和通信速率

　　SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;

　　// SPI_NSS_Hard时需要外部电路把NSS接VCC, SPI_NSS_Soft时SPI外设会将SSM和SSI置位

　　SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;

　　// 实测波特率最低为SPI_BaudRatePrescaler_8，否则出错

　　SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;

　　// 第二步：设置数据格式

　　SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;

　　// MSB在前还是LSB在前要根据码表和数码管与74HC595的接法来定

　　SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;

　　// 第三步：设置时钟和极性

　　// 当SPI_CPOL_Low且SPI_CPHA_2Edge出错

　　SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;

　　SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;

　　//第四步：其它，CRC校验，可靠通信，这步可以不设置

　　SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;

　　SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

　　/* Enable SPI1 */

　　SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);

　　}

　　/*******************************************************************************

　　* Function Name : HC595_SendByte

　　* Description : 发送一个字节

　　* Input : data

　　* Output : None

　　* Return : None

　　*******************************************************************************/

　　void HC595_SendByte(u8 data)

　　{

　　SPI_I2S_SendData(SPI1, data);

　　while(!SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE));

　　}

　　/************************省略部分代码(见74HC595.c)************************/

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　　这样就大工告成啦，STM32的SPI外设还是比较简单的，尤其是通过库函数来调用。用数码管模块这种简单的可视化工具，我们就可以更好的研究通信协议本身的特性啦，后续我还会用这种方式来学习其它的通信协议。可以一起来学习讨论830802928，互相分享经验呗