前言

隨著嵌入式系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，STM32系列微控制器在各種應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，串行外設(shè)接口（SPI）是一種常見且重要的通信協(xié)議。為了更便捷地配置和使用SPI，STMicroelectronics提供了一款強(qiáng)大的工具——STM32 CubeMX。本文將著重介紹STM32 CubeMX中SPI的層次結(jié)構(gòu)、SPI協(xié)議以及SPI控制器的結(jié)構(gòu)。

一、SPI 程序?qū)哟?/h2>

1.1 硬件原理圖

以 SPI 接口的 Flash 為例，它跟主控的連接圖如下：

其中DI為SPI設(shè)備發(fā)給主控的。SCK為時(shí)鐘（所以SPI協(xié)議是一種同步協(xié)議）
主控發(fā)出。DO為主控發(fā)送給SPI設(shè)備的，CS為片選引腳，我們可以通過CS片選引腳來選中不同的SPI設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)一主多從。

1.2 硬件框圖

我們會(huì)編寫程序通過SPI控制器來操作Flash，SPI來幫我們傳遞數(shù)據(jù)。

1.3 軟件層次

要操作 Flash，涉及這幾個(gè)層次的程序：
① 應(yīng)用程序：我來決定“在哪個(gè)位置、讀寫什么數(shù)據(jù)”
② Flash 驅(qū)動(dòng)：我知道發(fā)送什么格式的 SPI 數(shù)據(jù)才能讀、寫、擦除 Flash
③ SPI 控制器驅(qū)動(dòng)(HAL)：我可以發(fā)送 SPI 數(shù)據(jù)

二、SPI協(xié)議

2.1 硬件連線

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口）是由摩托羅拉（Motorola）在
1980 前后提出的一種全雙工同步串行通信接口，它用于 MCU 與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)
行通信以交換信息，通信速度最高可達(dá) 25MHz 以上。

SPI 接口主要應(yīng)用在 EEPROM、FLASH、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、網(wǎng)絡(luò)控制器、OLED 顯示驅(qū)動(dòng)器、AD
轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號(hào)處理器、數(shù)字信號(hào)解碼器等設(shè)備之間。

SPI 通常由四條線組成，一條主設(shè)備輸出與從設(shè)備輸入（Master Output Slave Input，
MOSI），一條主設(shè)備輸入與從設(shè)備輸出（Master Input Slave Output，MISO），一條時(shí)鐘信
號(hào)（Serial Clock，SCLK），一條從設(shè)備使能選擇（Chip Select，CS）。
SPI 可以一個(gè)主機(jī)連接單個(gè)或多個(gè)從機(jī)，每個(gè)從機(jī)都使用一個(gè)引腳進(jìn)行片選，物理連
接示意圖如圖所示：

我們可以通過把SCLK時(shí)鐘，輸入和輸出所有從機(jī)共用一根線，通過CS引腳（片選引腳）來區(qū)分發(fā)送和接收哪個(gè)設(shè)備。
這樣就可以使用I2C的一主多從

2.2 如何訪問SPI設(shè)備

首先，使能片選引腳，在片選引腳有用的期間再去訪問
那怎么發(fā)數(shù)據(jù)和讀數(shù)據(jù)呢？
假設(shè)主控要發(fā)送0x56（二進(jìn)制:0101 0110）給Flash，時(shí)序如下：

首先發(fā)送CS片選信號(hào)，選中他，在每個(gè)時(shí)鐘周期傳輸一位。第一個(gè)時(shí)鐘周期傳遞最高位。然后其他的位就接著傳輸。

在一開始的時(shí)候，這個(gè)SCK是高電平還是低電平？
這是可以設(shè)置的。(CPOL)

傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，是在第一個(gè)跳邊緣("跳邊緣"通常指的是在數(shù)字信號(hào)中的變化，特別是從低電平到高電平或從高電平到低電平的變化。)傳輸數(shù)據(jù)還是在第二個(gè)跳邊緣傳輸數(shù)據(jù)？
這也是可以設(shè)置的(CPHA)

通過上面的CPOL和CPHA的組合，可以組合成4個(gè)SPI不同的模式

比如說我們可以組合成下面這個(gè)時(shí)鐘時(shí)序圖：

當(dāng)CPHA為1時(shí)在第二個(gè)跳邊緣傳輸數(shù)據(jù)

當(dāng)CPHA為1，CPOL不同時(shí)，可以觀察到，他們的初始電平分別為高電平和低電平

無論哪種模式，我們都可以同時(shí)發(fā)送和同時(shí)接收8位數(shù)據(jù)

2.3 SPI 框圖

在我們實(shí)際編程中我們是不需要這樣去控制引腳的
我們編寫的程序?qū)?huì)通過內(nèi)部的SPI控制器去訪問外部的SPI設(shè)備，這個(gè)SPI控制器幫我們實(shí)現(xiàn)時(shí)序，進(jìn)行讀寫。

SPI控制器框圖：

1. 當(dāng)我們要操作SPI的時(shí)候，我們要去設(shè)置他的模式：時(shí)鐘平時(shí)是什么電平，在第幾個(gè)跳邊緣傳輸數(shù)據(jù)
2. 我們需要設(shè)置時(shí)鐘的頻率
3. 我們可以去寫數(shù)據(jù)了
   比如上面的框圖，他有SPI控制寄存器2，控制寄存器1，我們可以設(shè)置控制寄存器1的時(shí)鐘平時(shí)是什么電平，在第幾個(gè)跳邊緣傳輸數(shù)據(jù)：
   

然后我們就可以通過寫/讀緩沖區(qū)來得到數(shù)據(jù)了

總結(jié)

STM32 CubeMX作為一款強(qiáng)大的開發(fā)工具，為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了便利。在SPI層次結(jié)構(gòu)的配置中，CubeMX提供了直觀而靈活的界面，使得用戶能夠輕松定制SPI通信的各種參數(shù)。同時(shí)，SPI協(xié)議和SPI控制器結(jié)構(gòu)的詳細(xì)配置也為開發(fā)者提供了更高的靈活性和控制權(quán)。通過深入了解STM32 CubeMX中SPI的層次結(jié)構(gòu)、協(xié)議和控制器結(jié)構(gòu)，開發(fā)者能夠更加高效地設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-829080.html

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