STM32单片机SPI通信：6个关键要点，深入解析串行外设接口

# 1. SPI通信概述**

串行外设接口（SPI）是一种高速、全双工、同步通信协议，广泛用于嵌入式系统中连接微控制器和外围设备。SPI通信的特点包括：

* **主从模式：**SPI通信采用主从模式，其中一个设备充当主设备，另一个设备充当从设备。
* **时钟信号：**主设备通过SCK（时钟）信号控制通信时序。
* **数据传输：**数据通过MOSI（主输出从输入）和MISO（主输入从输出）信号线传输。

# 2. STM32单片机SPI硬件架构

### 2.1 SPI总线接口

STM32单片机上的SPI总线接口通常由以下引脚组成：

- SCLK：串行时钟引脚，用于同步数据传输。
- MOSI：主设备输出，从设备输入引脚，用于传输数据。
- MISO：主设备输入，从设备输出引脚，用于接收数据。
- NSS：从设备片选引脚，用于选择特定的从设备。

### 2.2 SPI寄存器结构

STM32单片机的SPI外设包含以下主要寄存器：

| 寄存器 | 描述 |
|---|---|
| CR1 | 控制寄存器1，用于配置SPI模式、数据大小和时钟极性/相位 |
| CR2 | 控制寄存器2，用于配置NSS引脚、数据帧格式和FIFO |
| SR | 状态寄存器，用于指示当前SPI状态、数据传输完成和错误 |
| DR | 数据寄存器，用于发送和接收数据 |

### 2.3 SPI时序图

SPI通信的时序图如下所示：

[mermaid]
graph LR
subgraph 主设备
A[SCLK] --> B[SCLK]
A[MOSI] --> B[MOSI]
end
subgraph 从设备
A[MISO] --> B[MISO]
end

- **时钟极性 (CPOL)**：CPOL = 0 时，空闲状态为低电平，数据传输时为高电平。CPOL = 1 时，空闲状态为高电平，数据传输时为低电平。
- **时钟相位 (CPHA)**：CPHA = 0 时，时钟上升沿采样数据。CPHA = 1 时，时钟下降沿采样数据。
- **数据移位方向**：数据从MSB到LSB移位。

**代码块：**

// SPI初始化代码
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_SPI1EN; // 使能SPI1时钟
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_MSTR; // 设置为主设备模式
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_BR_0; // 设置波特率为f_PCLK / 2
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_CPOL; // 设置时钟极性为高电平空闲
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_CPHA; // 设置时钟相位为下降沿采样

**逻辑分析：**

- `RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_SPI1EN;`：使能SPI1时钟。
- `SPI1->CR1 |= SPI_CR1_MSTR;`：设置为主设备模式。
- `SPI1->CR1 |= SPI_CR1_BR_0;`：设置波特率为f_PCLK / 2。
- `SPI1->CR1 |= SPI_CR1_CPOL;`：设置时钟极性为高电平空闲。
- `SPI1->CR1 |= SPI_CR1_CPHA;`：设置时钟相位为下降沿采样。

**参数说明：**

- `RCC_APB2ENR_SPI1EN`：SPI1时钟使能位。
- `SPI_CR1_MSTR`：主设备模式位。
- `SPI_CR1_BR_0`：波特率为f_PCLK / 2。
- `SPI_CR1_CPOL`：时钟极性位。
- `SPI_CR1_CPHA`：时钟相位位。

# 3. STM32单片机SPI软件编程

### 3.1 SPI初始化和配置

STM32单片机中SPI软件编程的第一步是初始化和配置SPI外设。这包括设置SPI时钟、数据格式、传输速率和中断。

// 初始化SPI外设
void SPI_Init(SPI_TypeDef *SPIx) {
  // 使能SPI时钟
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);

  // 设置SPI时钟分频系数
  SPIx->CR1 &= ~SPI_CR1_BR;
  SPIx->CR1 |= SPI_BaudRatePrescaler_2;

  // 设置SPI数据格式
  SPIx->CR1 &= ~SPI_CR1_DFF;
  SPIx->CR1 |= SPI_DataFormat_8bit;

  // 设置SPI传输速率
  SPIx->CR1 &= ~SPI_CR1_SPE;
  SPIx->CR1 |= SPI_BaudRatePrescaler_256;

  // 使能SPI外设
  SPIx->CR1 |= SPI_CR1_SPE;
}

**代码逻辑逐行解读：**

1. `RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);`：使能SPI1外设时钟。
2. `SPIx-