STM32 SPI通信协议详解及软件读写实现指南

STM32的SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）通信协议是一种由Motorola公司开发的高速全双工同步通信总线，广泛应用于MCU（微控制器）与各种外围设备之间的数据传输。以下是对STM32 SPI通信协议以及软件读写的详细介绍：

一、SPI通信协议概述

SPI协议采用主从模式架构，支持多从机模式应用。它使用四根信号线进行通信，分别是：

• SCK（Serial Clock）：时钟信号线，由主设备产生，用于同步数据传输。
• MOSI（Master Output Slave Input）：主设备输出，从设备输入的数据线。
• MISO（Master Input Slave Output）：主设备输入，从设备输出的数据线。
• CS（Chip Select）：从设备选择信号线，也称为NSS（Slave Select）或CS，用于选择通信的从设备。

在某些特殊情况下，SPI可以使用三根信号线（即三线SPI），此时SS信号线被省略，通常适用于只有一个从设备与主设备通信的场景。

二、SPI通信模式

SPI一共有四种通信模式，它们的主要区别在于总线空闲时SCK的时钟状态以及数据采样时刻。这四种模式通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来定义：

• CPOL=0：表示当SCLK=0时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于高电平时。
• CPOL=1：表示当SCLK=1时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于低电平时。
• CPHA=0：在时钟的第一个跳变沿（上升沿或下降沿）进行数据采样。
• CPHA=1：在时钟的第二个跳变沿（上升沿或下降沿）进行数据采样。

三、SPI通信时序

SPI通信的时序包括起始信号、数据传输和停止信号：

1. 起始信号：NSS信号线由高变低，表示SPI通信开始，从设备被选中。
2. 数据传输：在SCK的时钟信号控制下，主设备和从设备通过MOSI和MISO线进行数据的发送和接收。数据的发送和接收是同时进行的，但在软件实现中可能需要通过程序控制来模拟这一过程。
3. 停止信号：NSS信号线由低变高，表示SPI通信结束，从设备被释放。

四、软件读写实现

在STM32中，SPI通信的软件读写实现通常包括以下几个步骤：

1. 引脚初始化：对SPI通信所需的引脚进行初始化，包括SCK、MOSI、MISO和CS（或NSS）引脚。输出引脚通常配置为推挽输出模式，输入引脚配置为上拉输入模式。
2. SPI初始化：配置SPI的通信参数，如通信模式（CPOL和CPHA）、数据帧长度（8位或16位）、时钟频率等。
3. 发送数据：将要发送的数据写入SPI的发送缓冲区，并启动发送过程。在发送过程中，主设备会通过MOSI线将数据发送给从设备。
4. 接收数据：在发送数据的同时或之后，主设备会通过MISO线接收从设备发送的数据。接收到的数据会被存储在SPI的接收缓冲区中。
5. 数据处理：对接收到的数据进行处理，如解析、存储或进一步传输。

五、注意事项

• 在进行SPI通信时，所有设备需要共地。
• 如果从设备没有独立的供电源，主设备可能需要给从设备供电。
• SS（或NSS）线低电平有效，主机在同一时间只能选择一个从机进行通信。
• SPI通信速度较快，但需要注意信号完整性和电磁兼容性问题。

综上所述，STM32的SPI通信协议是一种高效、灵活的数据传输方式，适用于多种外围设备与MCU之间的通信需求。在软件实现中，需要注意引脚初始化、SPI初始化、数据发送与接收以及数据处理等关键步骤。