html5网站提示,医院网站建设预算,长10米宽3米的店面设计,网站创建流程教程文章目录 SPI#xff08;Serial Peripheral Interface#xff09;概述#xff1a;SPI的硬件连接#xff1a;SPI的特点和优势#xff1a;SPI的常见应用#xff1a;SPI的工作方式和时序图分析#xff1a;工作模式传输模式与时序分析工作流程 SPI设备的寄存器结构和寄存器设… 文章目录 SPISerial Peripheral Interface概述SPI的硬件连接SPI的特点和优势SPI的常见应用SPI的工作方式和时序图分析工作模式传输模式与时序分析工作流程 SPI设备的寄存器结构和寄存器设置SPI设备寄存器结构常见的寄存器设置 STM32F4xx SPI 模块特性如何调试SPI通信问题和故障排除 SPISerial Peripheral Interface概述
SPI是一种串行通信接口用于在微控制器、传感器、存储器等设备之间进行数据传输。 SPI通信通常涉及一个主设备Master和一个或多个从设备Slave通过共享时钟信号和数据线进行通信。
SPI的硬件连接
SPI使用四条信号线时钟线SCLK、主设备输出线MOSI、主设备输入线MISO和片选线SS。 通信过程中主设备通过时钟线产生时钟信号控制数据传输的时序。 主设备通过MOSI线发送数据而从设备通过MISO线返回响应数据。 片选线用于选择要与主设备进行通信的从设备。 一主一从连接 一主多从连接
SPI的特点和优势
SPI支持高速的全双工数据传输、只需少量的信号线和硬件引脚、SPI可以连接多个从设备每个从设备都有独立的片选线方便扩展和集成多个设备、SPI通常用于设备之间的短距离通信如同一个电路板上的通信。
SPI的常见应用
存储器接口SPI常用于与闪存、EEPROM等存储器设备进行通信。 传感器接口许多传感器模块使用SPI接口与主控制器通信如加速度计、陀螺仪等。 显示器接口某些显示模块使用SPI接口进行数据传输。 无线通信模块一些无线模块如WiFi模块、蓝牙模块等可以通过SPI与主控制器通信。
SPI的工作方式和时序图分析
工作模式
配置SPI设备的参数如时钟频率、数据位数和传输模式。本模块代码参考博客https://blog.51cto.com/u_15903730/6163015 主模式Master Mode 在主模式下一个主设备控制整个SPI通信过程。主设备负责生成时钟信号SCLK和控制片选信号SS来选择从设备并通过MOSI线Master Output Slave Input向从设备发送数据。同时主设备通过MISO线Master Input Slave Output接收从设备返回的数据。
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include stdint.h
#include stm32f4xx.h#define SPIx SPI1
#define GPIO_AF_SPIx GPIO_AF5_SPI1
#define GPIO_CS GPIO_Pin_4
#define GPIO_CLK GPIO_Pin_5
#define GPIO_MISO GPIO_Pin_6
#define GPIO_MOSI GPIO_Pin_7void init_spi(void)
{SPI_InitTypeDef spi_init_struct;GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;/* Enable the SPI clock */RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);/* Enable the GPIO clock */RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);/* Configure the chip select pin as output */gpio_init_struct.GPIO_Mode GPIO_Mode_OUT;gpio_init_struct.GPIO_OType GPIO_OType_PP;gpio_init_struct.GPIO_Pin GPIO_CS;gpio_init_struct.GPIO_PuPd GPIO_PuPd_NOPULL;gpio_init_struct.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, gpio_init_struct);/* Configure the SPI pins */gpio_init_struct.GPIO_Mode GPIO_Mode_AF;gpio_init_struct.GPIO_OType GPIO_OType_PP;gpio_init_struct.GPIO_Pin GPIO_CLK | GPIO_MISO | GPIO_MOSI;gpio_init_struct.GPIO_PuPd GPIO_PuPd_NOPULL;gpio_init_struct.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, gpio_init_struct);/* Connect the SPI pins to their alternate functions */GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_SPIx);GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_SPIx);GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_SPIx);/* Configure the SPI peripheral */spi_init_struct.SPI_BaudRatePrescaler SPI_BaudRatePrescaler_4;spi_init_struct.SPI_CPHA SPI_CPHA_1Edge;spi_init_struct.SPI_CPOL SPI_CPOL_Low;spi_init_struct.SPI_CRCPolynomial 7;spi_init_struct.SPI_DataSize SPI_DataSize_8b;spi_init_struct.SPI_Direction SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;spi_init_struct.SPI_FirstBit SPI_FirstBit_MSB;spi_init_struct.SPI_Mode SPI_Mode_Master;spi_init_struct.SPI_NSS SPI_NSS_Soft;SPI_Init(SPIx, spi_init_struct);/* Enable the SPI peripheral */SPI_Cmd(SPIx, ENABLE);
}uint8_t spi_send_byte(uint8_t byte)
{/* Wait for any pending transfers to complete */while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPIx, SPI_I2S_FLAG_TXE) RESET);/* Send the byte */SPI_I2S_SendData(SPIx, byte);/* Wait for the transfer to complete */while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPIx, SPI_I2S_FLAG_RXNE) RESET);/* Return the received byte */return SPI_I2S_ReceiveData(SPIx);
}int main(void)
{uint8_t data;/* Initialize the SPI module */init_spi();/* Select the slave device */GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_CS);/* Send some data */data spi_send_byte(0xAA);printf(Received: 0x%02X\n, data);/* Deselect the slave device */GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_CS);return 0;
}
从模式Slave Mode 在从模式下从设备被动地响应主设备的控制。从设备通过MISO线接收主设备发送的数据并通过MOSI线向主设备返回数据。从设备在接收到有效的片选信号SS后才会响应数据传输。
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include stdint.h
#include stm32f4xx.h#define SPIx SPI1
#define GPIO_AF_SPIx GPIO_AF5_SPI1
#define GPIO_CS GPIO_Pin_4
#define GPIO_CLK GPIO_Pin_5
#define GPIO_MISO GPIO_Pin_6
#define GPIO_MOSI GPIO_Pin_7void init_spi(void)
{SPI_InitTypeDef spi_init_struct;GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;/* Enable the SPI clock */RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);/* Enable the GPIO clock */RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);/* Configure the chip select pin as output */gpio_init_struct.GPIO_Mode GPIO_Mode_OUT;gpio_init_struct.GPIO_OType GPIO_OType_PP;gpio_init_struct.GPIO_Pin GPIO_CS;gpio_init_struct.GPIO_PuPd GPIO_PuPd_NOPULL;gpio_init_struct.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, gpio_init_struct);/* Configure the SPI pins */gpio_init_struct.GPIO_Mode GPIO_Mode_AF;gpio_init_struct.GPIO_OType GPIO_OType_PP;gpio_init_struct.GPIO_Pin GPIO_CLK | GPIO_MISO | GPIO_MOSI;gpio_init_struct.GPIO_PuPd GPIO_PuPd_NOPULL;gpio_init_struct.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, gpio_init_struct);/* Connect the SPI pins to their alternate functions */GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_SPIx);GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_SPIx);GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_SPIx);/* Configure the SPI peripheral */spi_init_struct.SPI_BaudRatePrescaler SPI_BaudRatePrescaler_4;spi_init_struct.SPI_CPHA SPI_CPHA_1Edge;spi_init_struct.SPI_CPOL SPI_CPOL_Low;spi_init_struct.SPI_CRCPolynomial 7;spi_init_struct.SPI_DataSize SPI_DataSize_8b;spi_init_struct.SPI_Direction SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;spi_init_struct.SPI_FirstBit SPI_FirstBit_MSB;spi_init_struct.SPI_Mode SPI_Mode_Slave;spi_init_struct.SPI_NSS SPI_NSS_Hard;SPI_Init(SPIx, spi_init_struct);/* Enable the SPI peripheral */SPI_Cmd(SPIx, ENABLE);
}uint8_t spi_receive_byte(void)
{/* Wait for any pending transfers to complete */while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPIx, SPI_I2S_FLAG_TXE) RESET);/* Return the received byte */return SPI_I2S_ReceiveData(SPIx);
}void spi_send_byte(uint8_t byte)
{/* Wait for any pending transfers to complete */while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPIx, SPI_I2S_FLAG_TXE) RESET);/* Send the byte */SPI_I2S_SendData(SPIx, byte);/* Wait for the transfer to complete */while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPIx, SPI_I2S_FLAG_RXNE) RESET);/* Clear the receive buffer */SPI_I2S_ReceiveData(SPIx);
}int main(void)
{uint8_t data;/* Initialize the SPI module */init_spi();/* Wait for the chip select signal */while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_CS) ! Bit_RESET);/* Loop forever */while (1){/* Receive some data */data spi_receive_byte();/* Process the data */printf(Received: 0x%02X\n, data);/* Send a response */spi_send_byte(0xAA);}return 0;
}传输模式与时序分析
时钟极性和相位Clock Polarity and Phase SPI接口还具有时钟极性CPOL和时钟相位CPHA的设置。CPOL定义了时钟信号在空闲状态时的电平可以是高电平CPOL1或低电平CPOL0。CPHA定义了数据采样的时机可以是在时钟信号的上升沿CPHA0或下降沿CPHA1进行采样。 根据CPOL和CPHA的不同组合可以有四种不同的时钟极性和相位模式分别为
模式0CPOL0CPHA0 模式1CPOL0CPHA1 模式2CPOL1CPHA0 模式3CPOL1CPHA1
时钟极性和相位的设置需要主设备和从设备之间保持一致以确保正确的数据传输。SPI 总线有四种工作方式(SP0, SP1, SP2, SP3)其中使用的最为广泛的是 SPI0 和和 SPI3 方式
读取数据方式 00 起始电平为低电平—数据采样(读数据)在第一个边沿时钟线从低到高跳变的时候数据线保持不变这时候读数据时钟线从高到底跳变的时候数据线可以变化发送数据所以上升沿读下降沿写
01 起始电平为低电平—数据采样(读数据)在第二个边沿时钟线从低到高跳变的时候数据线可以变化发送数据时钟线从高到底跳变的时候数据线保持不变这时候读数据所以上升沿写下降沿读
10 起始电平是高点平—数据采样(读数据)在第一个边沿时钟线从高到低跳变的时候数据线保持不变这时候读数据时钟线从低到高跳变的时候数据线可以变化发送数据所以下降沿读上升沿写
11 起始电平是高点平—数据采样(读数据)在第二个边沿时钟线从高到低跳变的时候数据线可以变化发送数据时钟线从低到高跳变的时候数据线保持不变这时候读数据所以下降沿写上升沿读 每次传输数据的宽度为 8bit上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。 上升沿到来的时候MOSI 上的电平将被发送到从设备的寄存器中。 下降沿到来的时候MISO 上的电平将被接收到主设备的寄存器中。 工作流程
SPI通信工作流程 1硬件连接 首先确保SPI主机如微控制器和SPI从机外部设备之间正确连接。通常SPI通信需要四根线SCLK时钟线、MOSI主机输出从机输入线、MISO主机输入从机输出线和SS从机选择线。 2主机配置 主机如微控制器需要配置SPI控制器的相关寄存器或寄存器位以设置通信参数如时钟速率、数据位顺序、数据传输模式等。 3选择从机 主机通过设置SS线从机选择线来选择要与之通信的从机。如果有多个从机连接到同一总线主机需要选择其中一个从机与之通信常通过将SS线拉低来选中对应的从机。 4数据传输 SPI通信是全双工的数据可以同时在主机和从机之间传输。 主机通过SCLK线发送时钟信号驱动数据传输的时序。主机在每个时钟周期的上升沿或下降沿将数据位推送到MOSI线上发送给从机。从机在相应的时钟边沿读取MOSI线上的数据位并将响应的数据位推送到MISO线上供主机读取。数据传输可以按照指定的字节、位数或连续传输的方式进行。 5传输完成 传输完成后可以继续进行下一次传输或者释放SPI总线。
SPI设备的寄存器结构和寄存器设置
SPI设备寄存器结构
控制寄存器Control Register控制SPI设备的操作模式、时钟频率、数据位顺序等设置。 状态寄存器Status Register提供SPI设备的状态信息如传输完成标志、错误标志等。 数据寄存器Data Register用于存储要发送或接收的数据。
常见的寄存器设置
操作模式ModeSPI设备通常支持多种操作模式如主模式Master Mode和从模式Slave Mode。通过控制寄存器的相关位选择适当的模式。 时钟频率Clock FrequencySPI设备的通信速率由时钟频率决定。控制寄存器中的时钟分频位或配置寄存器可以用于设置合适的时钟频率。 时钟极性和相位Clock Polarity and PhaseSPI设备的时钟极性CPOL和时钟相位CPHA设置决定了数据采样和传输的时机。通过控制寄存器的相关位设置CPOL和CPHA。 数据位顺序Data Bit OrderSPI设备可以支持先传输最高有效位MSB或先传输最低有效位LSB。寄存器中的位序设置可以用于选择合适的数据位顺序。 中断使能Interrupt EnableSPI设备通常支持中断功能用于通知主设备有数据可用或传输完成。中断使能位可以在控制寄存器中设置。 具体参考技术文档、参考文档、数据手册来确定产品的使用。
STM32F4xx SPI 模块特性
1 由 SPI 模块中 SCLK、MOSI 和 MISO 三线组成全双工同步传输 2 支持数据传输位宽为 8 位数据或 16 位数据 3 可以通过软件设置 SPI 模块为主机模式或从机模式 4 可以对 SPI 的时钟源进行分频来做为作为主机或从机时的通讯速度分频最大值为 fPCLK/2但 STM32F401xE 的 SPI 模块最大通信速度为 42MHz spi1,spi4或者 21Mhzspi2,spi3。 5 可以使用软件对 SPI 的通讯时序时钟极性和时钟相位进行选择 6 可以对 SPI 数据传输顺序进行选择为最先移位 MSB 或 LSB 7 SPI 模块的中断源为SPI 数据发送和接收、主模式故障、数据上溢过载以及 CRC 错误 8 SPI 可以利用 DMA 功能对数据进行每次 1 字节发送和接收。
如何调试SPI通信问题和故障排除
掌握常见的SPI通信错误和解决方法如时钟频率不匹配、数据线连接错误等。 1.串口显示内容但是乱码时钟频率两端不匹配重新调频率 2.无现象或者本来有现象后来突然中断通信数据线是否连接错误附近是否有信号干扰检查电源线是否未连接好 3.冲突和协议错误和板子的协议不匹配先查看协议检查硬件连接是否正确确保SPI主设备和从设备之间的通信协议和数据格式设置正确。检查SPI设备的地址、片选信号等设置是否正确。确保主设备和从设备之间的通信时序和协议一致。检查设备的文档和规格说明确保了解正确的配置和操作方法。
