STM32单片机SPI通信指南：探索高速串行通信接口

# 1. SPI通信基础**

**1.1 SPI总线概述**

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种高速串行通信接口，用于在主设备和一个或多个从设备之间传输数据。它使用四根信号线：时钟线（SCK）、主设备输出从设备输入的数据线（MOSI）、主设备输入从设备输出的数据线（MISO）和片选线（SS）。

**1.2 SPI通信模式**

SPI通信有四种模式，由时钟极性和时钟相位决定。时钟极性定义了SCK信号的空闲状态，而时钟相位定义了数据在SCK上升沿或下降沿传输。四种模式为：

* 模式0：CPOL=0，CPHA=0
* 模式1：CPOL=0，CPHA=1
* 模式2：CPOL=1，CPHA=0
* 模式3：CPOL=1，CPHA=1

# 2. STM32单片机SPI外设

### 2.1 SPI外设结构和寄存器

STM32单片机中的SPI外设是一个全双工串行通信接口，支持多种通信模式和数据格式。其主要结构包括：

* **SPIx_CR1**：控制寄存器1，配置SPI通信模式、数据格式、时钟极性和相位。
* **SPIx_CR2**：控制寄存器2，配置SPI通信速率、NSS信号极性、中断使能等。
* **SPIx_SR**：状态寄存器，反映SPI通信的状态，包括数据传输完成、接收缓冲区满、发送缓冲区空等标志位。
* **SPIx_DR**：数据寄存器，用于发送和接收数据。

### 2.2 SPI通信配置

#### 2.2.1 时钟配置

SPI通信的时钟由APB2总线时钟分频产生。时钟配置通过SPIx_CR1寄存器的BR[2:0]位进行设置。分频因子如下表所示：

| BR[2:0] | 分频因子 |
|---|---|
| 000 | 2 |
| 001 | 4 |
| 010 | 8 |
| 011 | 16 |
| 100 | 32 |
| 101 | 64 |
| 110 | 128 |
| 111 | 256 |

例如，要设置SPI通信时钟为APB2总线时钟的1/16，则将SPIx_CR1寄存器的BR[2:0]位设置为011。

#### 2.2.2 数据格式配置

SPI通信支持多种数据格式，包括8位、16位和32位。数据格式通过SPIx_CR1寄存器的DFF位进行设置。

| DFF | 数据格式 |
|---|---|
| 0 | 8位 |
| 1 | 16位 |

例如，要设置SPI通信为16位数据格式，则将SPIx_CR1寄存器的DFF位设置为1。

#### 2.2.3 通信模式配置

SPI通信支持主设备模式和从设备模式。通信模式通过SPIx_CR1寄存器的MSTR位进行设置。

| MSTR | 通信模式 |
|---|---|
| 0 | 从设备模式 |
| 1 | 主设备模式 |

例如，要设置SPI通信为主设备模式，则将SPIx_CR1寄存器的MSTR位设置为1。

**代码块：SPI外设配置示例**

// 配置SPI1为16位主设备模式，时钟分频为16
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_SPI1EN;
SPI1->CR1 = (1 << 11) | (1 << 8) | (1 << 2);
SPI1->CR2 = (1 << 8);

**代码逻辑分析：**

* RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_SPI1EN：使能SPI1外设时钟。
* SPI1->CR1 = (1 << 11) | (1 << 8) | (1 << 2)：配置SPI通信为16位主设备模式，时钟分频为16。
* SPI1->CR2 = (1 << 8)：使能NSS信号输出。

# 3. SPI通信编程实践**

### 3.1 SPI数据传输

#### 3.1.1 发送数据

**代码块：**

void SPI_SendData(SPI_TypeDef *SPIx, uint8_t data)
{
  // 等待发送寄存器为空
  while ((SPIx->SR & SPI_SR_TXE) == 0)
    ;

  // 将数据写入发送寄存器
  SPIx->DR = data;
}

**逻辑分析：**

* `SPI_SendData()`函数用于向SPI外设发送一个字节的数据。
* 首先，它等待发送寄存器（SPIx->SR & SPI_SR_TXE）为空，表明外设已准备好接收数据。
* 然后，它将数据写入发送寄存器（SPIx->DR），触发数据的传输。

**参数说明：**

* `SPIx`: 要使用的SPI外设
* `data`: 要发送的数据字节

#### 3.1.2 接收数据

**代码块：**

uint8_t SPI_ReceiveData(SPI_TypeDef *SPIx)
{
  // 等待接收寄存器非空
  while ((SPIx->SR & SPI_SR_RXNE) == 0)
    ;

  // 从接收寄存器读取数据
  return SPIx->DR;
}

**逻辑分析：**

* `SPI_ReceiveData()`函数用于从SPI外设接收一个字节的数据。
* 首先，它等待接收寄存器（SPIx->SR