STM32 SPI总线通信：原理、配置与应用实例大揭秘

# 1. SPI总线简介**

SPI（串行外围接口）是一种高速、全双工、同步串行通信总线，广泛用于嵌入式系统中连接微控制器和外围设备。它具有以下特点：

* **全双工通信：**允许同时发送和接收数据。
* **同步传输：**使用时钟信号同步数据传输，确保数据的可靠性。
* **多种数据速率：**支持从低速到高速的各种数据速率，满足不同的应用需求。
* **简单易用：**仅需要四根信号线（SCK、MOSI、MISO、SS）即可实现通信。

# 2. STM32 SPI总线硬件架构

### 2.1 SPI总线接口

STM32 SPI总线接口由以下信号组成：

- **SCK (Serial Clock)**：串行时钟信号，由主设备产生，用于同步数据传输。
- **MOSI (Master Out Slave In)**：主设备发送数据的输出引脚，从设备接收数据的输入引脚。
- **MISO (Master In Slave Out)**：主设备接收数据的输入引脚，从设备发送数据的输出引脚。
- **NSS (Slave Select)**：从设备片选信号，由主设备控制，用于选择要通信的从设备。

### 2.2 SPI总线寄存器

STM32 SPI总线寄存器主要包括：

- **SPI_CR1 (Control Register 1)**：控制SPI总线的基本功能，如数据大小、时钟极性、时钟相位等。
- **SPI_CR2 (Control Register 2)**：控制SPI总线的增强功能，如DMA传输、中断使能等。
- **SPI_SR (Status Register)**：反映SPI总线的当前状态，如发送缓冲区是否为空、接收缓冲区是否已满等。
- **SPI_DR (Data Register)**：用于发送和接收数据。

**代码块：SPI_CR1寄存器配置**

// 配置SPI_CR1寄存器
SPI_CR1 |= SPI_CR1_SPE | SPI_CR1_MSTR | SPI_CR1_BR_2;

**逻辑分析：**

- `SPI_CR1_SPE`：使能SPI总线。
- `SPI_CR1_MSTR`：配置为主机模式。
- `SPI_CR1_BR_2`：设置波特率为f_PCLK / 4。

**参数说明：**

- `SPI_CR1`：SPI控制寄存器1。
- `SPI_CR1_SPE`：SPI使能位。
- `SPI_CR1_MSTR`：主机模式位。
- `SPI_CR1_BR`：波特率位。

**表格：SPI_CR1寄存器位域**

| 位域 | 名称 | 描述 |
|---|---|---|
| SPE | SPI使能 | 使能/禁用SPI总线 |
| MSTR | 主机模式 | 配置为主机/从机模式 |
| BR | 波特率 | 设置SPI总线波特率 |
| CPOL | 时钟极性 | 设置时钟极性 |
| CPHA | 时钟相位 | 设置时钟相位 |
| LSBFIRST | 数据格式 | 设置数据格式为MSB/LSB优先 |
| DFF | 数据帧格式 | 设置数据帧格式为8/16位 |

# 3. STM32 SPI总线配置

### 3.1 SPI总线初始化

SPI总线初始化是配置SPI总线的第一步，主要包括以下步骤：

- **使能SPI总线时钟：**通过RCC寄存器使能SPI总线对应的时钟，确保SPI总线有足够的时钟源。
- **配置SPI总线引脚：**配置SPI总线相关的引脚为复用功能，并设置引脚复用模式为SPI功能。
- **复位SPI总线：**通过SPI总线控制寄存器（SPIx_CR1）的软件复位位（SRST）将SPI总线复位，以清除之前的配置。
- **配置SPI总线模式：**通过SPI总线控制寄存器（SPIx_CR1）的模式位（MSTR）配置SPI总线为主机模式或从机模式。
- **配置SPI总线数据大小：**通过SPI总线控制寄存器（SPIx_CR2）的数据大小位（DS）配置SPI总线的数据大小，可以为8位或16位。
- **配置SPI总线极性：**通过SPI总线控制寄存器（SPIx_CR2）的时钟极性位（CPOL）配置SPI总线时钟极性，可以为低电平有效或高电平有效。
- **配置SPI总线相位：**通过SPI总线控制寄存器（SPIx_CR2）的时钟相位位（CPHA）配置SPI总线时钟相位，可以为第一个时钟沿采样或第二个时钟沿采样。

### 3.2 SPI总线模式配置

SPI总线模式配置主要包括主机模式和从机模式的配置。

**主机模式配置：**

- **NSS引脚配置：**主机模式下，NSS引脚用于控制从机片选，需要配置为输出模式。
- **数据传输方向：**主机模式下，SPI总线可以进行单工发送、单工接收和全双工通信，需要根据实际应用配置数据传输方向。
- **数据传输速率：**主机模式下，需要配置SPI总线的数据传输速率，可以通过配置SPI总线分频系数来实现。

**从机模式配置：**

- **NSS引脚配置：**从机模式下，NSS引脚用于接收主机片选信号，需要配置为输入模式。
- **数据传输方向：**从机模式下，SPI总线只能进行单工发送或单工接收，需要根据实际应用配置数据传输方向。
- **数据传输速率：**从机模式下，数据传输速率由主机配置，从机需要根据主机配置的速率进行数据传输。

### 3.3 SPI总线速率配置

SPI总线速率配置是通过配置SPI总线分频系数来实现的。SPI总线分