STM32单片机SPI编程：高速数据传输的利器，加速嵌入式通信

# 1. SPI总线简介

SPI（串行外围接口）是一种同步串行通信协议，广泛用于嵌入式系统中连接微控制器和外围设备。它以其简单性、低成本和高可靠性而著称。

SPI总线通常由一个主设备和一个或多个从设备组成。主设备控制通信，向从设备发送时钟信号和数据。从设备接收时钟信号和数据，并根据时钟信号将数据发送回主设备。

SPI通信采用全双工模式，这意味着数据可以在两个方向同时传输。这使得SPI总线非常适合需要快速、可靠数据传输的应用，例如传感器数据采集、显示控制和外围设备通信。

# 2. STM32 SPI硬件架构

### 2.1 SPI寄存器概述

STM32单片机的SPI外设包含多个寄存器，用于配置和控制SPI通信。主要寄存器包括：

- **SPI_CR1**：控制寄存器1，用于配置SPI通信模式、时钟极性和相位、数据帧格式和主从模式。
- **SPI_CR2**：控制寄存器2，用于配置NSS引脚模式、数据大小、中断使能和DMA传输。
- **SPI_SR**：状态寄存器，用于指示SPI通信状态，如发送缓冲区为空、接收缓冲区已满和传输错误。
- **SPI_DR**：数据寄存器，用于发送和接收数据。

### 2.2 SPI通信模式

STM32单片机支持四种SPI通信模式：

| 模式 | 时钟极性 | 时钟相位 | 数据采集边沿 |
|---|---|---|---|
| 模式0 | 0 | 0 | 上升沿 |
| 模式1 | 0 | 1 | 下降沿 |
| 模式2 | 1 | 0 | 下降沿 |
| 模式3 | 1 | 1 | 上升沿 |

时钟极性决定时钟信号的空闲状态，而时钟相位决定数据在时钟信号上的采样位置。

### 2.3 SPI时钟配置

SPI时钟由APB2总线时钟分频得到。时钟分频配置通过**SPI_CR1**寄存器的**BR**位域实现。分频因子范围为2到256。

// 设置SPI时钟分频因子为8
SPI_CR1 |= (8 - 1) << 3;

时钟配置还包括时钟极性和相位的设置，通过**SPI_CR1**寄存器的**CPOL**和**CPHA**位实现。

// 设置时钟极性为低电平，相位为第一个时钟沿采样
SPI_CR1 |= (0 << 1) | (0 << 0);

# 3. STM32 SPI软件编程**

### 3.1 SPI初始化和配置

SPI初始化和配置是SPI编程的第一步。在STM32中，SPI初始化和配置可以通过以下步骤完成：

1. **时钟配置：**启用SPI外设时钟，确保SPI外设可以正常工作。
2. **引脚配置：**配置SPI引脚，包括SCLK、MOSI、MISO和NSS引脚。
3. **SPI寄存器配置：**配置SPI寄存器，包括通信模式、时钟极性和相位、数据帧格式和数据大小。

**代码块：**

// 时钟配置
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_SPI1EN;

// 引脚配置
GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE8_1 | GPIO_CRH_CNF8_1; // SCLK
GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE9_1 | GPIO_CRH_CNF9_1; // MOSI
GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE10_1 | GPIO_CRH_CNF10_1; // MISO
GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE11_1 | GPIO_CRH_CNF11_1; // NSS

// SPI寄存器配置
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_MSTR; // 主模式
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_CPOL; // 时钟极性高
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_CPHA; // 时钟相位1
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_BR_2; // 波特率分频因子为2
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_SSM; // 软件从机选择
SPI1->CR2 |= SPI_CR2_SSOE; // 从机输出使能

**逻辑分析：**

* RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_SPI1EN;：启用SPI1外设时钟。
* GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE8_1 | GPIO_CRH_CNF8_1;：配置PA8引脚为SCLK引脚，推挽输出，50MHz。
* GPIOA->CRH