STM32单片机SPI通信：掌握SPI协议、硬件配置和应用的精髓

# 1. STM32单片机SPI通信概述**

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种高速、全双工、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。STM32单片机内置SPI外设，支持多种通信模式和数据速率，使其成为SPI通信的理想选择。

本章将介绍SPI通信的基本概念、STM32单片机的SPI硬件架构以及SPI通信的常见应用。通过对这些内容的理解，读者可以快速掌握STM32单片机SPI通信的基础知识，为后续的深入学习和实践打下坚实的基础。

# 2. SPI协议与硬件配置

### 2.1 SPI协议详解

#### 2.1.1 SPI通信模式

SPI协议定义了四种通信模式，分别为：

| 模式 | 时钟极性 (CPOL) | 时钟相位 (CPHA) |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 2 | 1 | 0 |
| 3 | 1 | 1 |

其中，时钟极性决定了空闲状态下时钟信号的电平，时钟相位决定了数据在时钟信号的哪个沿进行采样。

#### 2.1.2 SPI数据帧格式

SPI数据帧由一个或多个字节组成，每个字节由 8 位组成。数据帧的格式如下：

[Start Bit] [Data Bit 7] [Data Bit 6] ... [Data Bit 0] [Stop Bit]

* **Start Bit：**表示数据帧的开始，通常为低电平。
* **Data Bit：**表示要传输的数据，从最高位 (MSB) 开始传输。
* **Stop Bit：**表示数据帧的结束，通常为高电平。

### 2.2 STM32单片机SPI硬件配置

#### 2.2.1 SPI外设寄存器介绍

STM32单片机上的SPI外设包含以下主要寄存器：

| 寄存器 | 功能 |
|---|---|
| CR1 | 控制寄存器 1 |
| CR2 | 控制寄存器 2 |
| SR | 状态寄存器 |
| DR | 数据寄存器 |
| CRCPR | CRC多项式寄存器 |
| RXCRCR | RX CRC寄存器 |
| TXCRCR | TX CRC寄存器 |

#### 2.2.2 SPI初始化配置

void SPI_Init(SPI_TypeDef *SPIx) {
  // 1. 使能SPI时钟
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);

  // 2. 配置SPI外设
  SPIx->CR1 = 0x00;  // 复位CR1寄存器
  SPIx->CR1 |= (1 << 6);  // 主模式
  SPIx->CR1 |= (1 << 2);  // 8位数据帧长度
  SPIx->CR1 |= (1 << 1);  // 时钟极性CPOL=0
  SPIx->CR1 |= (1 << 0);  // 时钟相位CPHA=0

  // 3. 配置SPI时钟分频
  SPIx->CR1 |= (1 << 8);  // 时钟分频因子为8
  SPIx->CR1 |= (1 << 3);  // 波特率为f_PCLK/8

  // 4. 使能SPI外设
  SPIx->CR1 |= (1 << 6);
}

**代码逻辑分析：**

* 使能SPI时钟，确保SPI外设有足够的时钟资源。
* 配置SPI外设的控制寄存器CR1，设置主模式、数据帧长度、时钟极性和时钟相位。
* 配置SPI时钟分频，设置SPI波特率。
* 使能SPI外设，启动SPI通信。

# 3. SPI通信实践**

### 3.1 SPI发送和接收数据

#### 3.1.1 数据传输过程分析

SPI通信的数据传输过程主要分为以下几个步骤：

1. **主机发送数据：**主机通过SPI发送寄存器（SPR）向从机发送数据。
2. **从机接收数据：**从机通过SPI接收寄存器（SPR）接收主机发送的数据。
3. **主机接收数据：**主机通过SPI接收寄存器（SPR）接收从机发送的数据。
4. **从机发送数据：**从机通过SPI发送寄存器（SPR）向主机发送数据。

#### 3.1.2 SPI发送和接收函数实现

STM32单片机提供了SPI发送和接收函数，用于实现SPI数据的发送和接收。

/* SPI发送数据函数 */
void SPI_SendData(SPI_TypeDef *SPIx, uint8_t data)
{
    // 等待发送缓冲区为空
    while (!(SPIx->SR & SPI_SR_TXE));

    // 写入数据到发送缓冲区
    SPIx->DR = data;
}

/* SPI接收数据函数 */
uint8_t SPI_ReceiveData(SPI_TypeDef *SPIx)
{
    // 等待接收缓冲区非空
    while (!(SPIx->SR & SPI_SR_RXNE));

    // 读取接收缓冲区中的数据
    return SPIx->DR;
}

### 3.2 SPI中断处理

#### 3.2.1 SPI中断配置

为了提高SPI通信效率，可以配置SPI中断。SPI中断主要有以下几种：

- **传输完成中断（TXE）：**当发送缓冲区为空时触发。
- **接收完成中断（RXNE）：**当接收缓冲区非空时触发。
- **错误中断（ERR）：**当发生错误时触发。

/* SPI中断配置函数 */
void SPI_ConfigInterrupt(SPI_TypeDef *SPIx, uint32_t interruptMask)
{
    // 清除中断标志位
    SPIx->SR = 0;

    // 配置中断掩码
    SPIx->CR2 |= interruptMask;
}

#### 3.2.2 SPI中断服务函数编写

当发生SPI中断时，会触发对应的中断服务函数。

/* SPI中断服务函数 */
vo