单片机C语言SPI通信:高速数据传输与设备连接的通道
发布时间: 2024-07-08 18:37:18 阅读量: 55 订阅数: 45 ![](https://csdnimg.cn/release/wenkucmsfe/public/img/col_vip.0fdee7e1.png)
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# 1. SPI通信简介**
串行外围接口(SPI)是一种高速数据传输协议,广泛用于单片机与外围设备之间的通信。它采用主从模式,由一个主设备和一个或多个从设备组成。SPI通信具有以下特点:
- 高速数据传输:SPI通信速率可达数兆比特/秒,满足高速数据传输需求。
- 设备连接简单:SPI接口仅需四根信号线(时钟、主输出、从输入、片选),连接简单方便。
- 广泛的应用场景:SPI广泛应用于传感器、显示器、存储器等外围设备的连接。
# 2. SPI通信原理
### 2.1 SPI协议基础
SPI(Serial Peripheral Interface)是一种同步串行通信协议,用于连接微控制器和外围设备。它以其高速、低成本和易于实现而著称。SPI协议基于主从模式,其中一个主设备控制通信,而一个或多个从设备响应主设备的命令。
SPI协议定义了四条信号线:
- **时钟线(SCLK)**:主设备提供时钟信号,控制数据传输的速率。
- **主输出从输入线(MOSI)**:主设备向从设备发送数据。
- **主输入从输出线(MISO)**:从设备向主设备发送数据。
- **片选线(SS)**:主设备使用片选线选择要通信的从设备。
### 2.2 SPI通信模式
SPI协议支持四种通信模式,由时钟极性和时钟相位决定:
| 模式 | 时钟极性 | 时钟相位 | 数据采样 |
|---|---|---|---|
| 模式0 | 低电平有效 | 上升沿 | 上升沿 |
| 模式1 | 低电平有效 | 下降沿 | 下降沿 |
| 模式2 | 高电平有效 | 上升沿 | 下降沿 |
| 模式3 | 高电平有效 | 下降沿 | 上升沿 |
时钟极性决定了时钟信号的空闲状态,而时钟相位决定了数据在时钟信号上的采样时间。
### 2.3 SPI数据传输过程
SPI数据传输过程遵循以下步骤:
1. **主设备选择从设备**:主设备拉低片选线,选择要通信的从设备。
2. **主设备发送时钟信号**:主设备开始提供时钟信号,控制数据传输的速率。
3. **主设备发送数据**:主设备通过MOSI线发送数据给从设备。
4. **从设备接收数据**:从设备通过MISO线接收主设备发送的数据。
5. **主设备释放从设备**:主设备拉高片选线,释放从设备。
数据传输的位数和传输方向由SPI协议的配置决定。通常,SPI通信以8位或16位为单位进行,并且可以是全双工或半双工模式。
# 3.1 SPI外设初始化
在单片机C语言中,SPI外设的初始化主要包括以下几个步骤:
1. **时钟配置:**启用SPI外设时钟,确保SPI外设能够正常工作。
2. **引脚配置:**配置SPI外设引脚,包括MOSI、MISO、SCLK和SS引脚。
3. **SPI寄存器配置:**配置SPI寄存器,包括以下内容:
- **控制寄存器(CR1):**配置SPI通信模式、数据帧格式、时钟极性和相位等。
- **波特率寄存器(BRR):**设置SPI通信波特率。
- **数据大小寄存器(DR):**设置SPI数据传输大小。
- **状态寄存器(SR):**用于查询SPI外设状态,包括发送缓冲区是否为空、接收缓冲区是否已满等。
4. **中断配置(可选):**如果需要使用中断方式处理SPI通信,需要配置SPI中断。
**代码示例:**
```c
// SPI外设初始化函数
void SPI_Init(void)
{
// 1. 时钟配置
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);
// 2. 引脚配置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 3. SPI寄存器配置
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;
SP
```
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