SPI通信的主模式、从模式

原创

WangLanguager 2023-04-01 02:05:34 博主文章分类：嵌入式单片机 ©著作权

文章标签 嵌入式硬件 Powered by 金山文档 #define #include 数据 文章分类 Python 后端开发

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一、SPI通信的主模式

在SPI通信中，主设备（Master）控制整个通信过程，与之相对的是从设备（Slave）。SPI主设备通过时钟线（SCK）驱动数据传输，并且选择要与之通信的从设备。SPI主设备通常由微控制器、DSP、FPGA等设备实现。

在SPI主模式下，主设备控制数据的发送和接收，并且还负责时钟信号的生成。主设备向从设备发送一个数据字节并等待从设备返回一个响应字节（或多个字节），然后再发送下一个数据字节。数据在两个设备之间以全双工模式传输，这意味着主设备可以同时发送和接收数据。

SPI主模式最适合用于需要高速、简单和有效的串行通信的应用程序。它被广泛应用于各种领域，如嵌入式系统、网络通信、音频和视频处理等。

二、SPI通信的主模式举例

以下是一个使用SPI主模式的简单示例程序，该程序适用于一些常见的嵌入式系统。

#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_7

void 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;
}

本示例代码使用了STM32F4系列微控制器，并通过SPI1接口与外设通信。您可以根据需要调整引脚和时钟设置。

三、SPI从模式

在SPI通信中，从设备（Slave）被动等待主设备（Master）的指令，并进行响应。与之相对的是主设备。SPI从设备通常由传感器、存储器、控制器等设备实现。

在SPI从模式下，从设备只能在接收到主设备的时钟信号时才能传输数据。当主设备向从设备发送数据时，从设备会立即接收并响应该数据，然后从设备会将响应数据返回给主设备。在从设备接受数据和产生响应数据之间，从设备还可以使用额外的时钟周期来执行其他任务。

SPI从模式最适合用于需要低功耗、简单和经济的串行通信的应用程序。通常，从设备用于采集或处理来自各种传感器或其他设备的数据，并将其传输回主设备进行进一步处理。

四、SPI从模式例程

以下是一个使用SPI从模式的简单示例程序，该程序适用于一些常见的嵌入式系统。

#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_7

void 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;
}

本示例代码使用了STM32F4系列微控制器，并通过SPI1接口与主设备通信。您可以根据需要调整引脚和时钟设置。