STM32单片机SPI总线通信：高速串行通信的利器

# 1. SPI总线概述**

SPI（串行外围接口）总线是一种高速串行通信协议，广泛应用于嵌入式系统中。它允许微控制器与外围设备（如传感器、存储器和显示器）进行高速数据传输。SPI总线具有以下特点：

- **全双工通信：**允许同时发送和接收数据。
- **主从模式：**一个主设备控制通信，而多个从设备响应主设备的请求。
- **同步传输：**数据传输使用一个共享的时钟信号进行同步。

# 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：

| 引脚名称 | 功能 |
|---|---|
| SCLK | 串行时钟 |
| MOSI | 主设备输出，从设备输入 |
| MISO | 主设备输入，从设备输出 |
| NSS | 从设备片选 |

### 2.2 SPI总线寄存器

STM32单片机上负责SPI总线通信的寄存器主要有以下几个：

| 寄存器名称 | 功能 |
|---|---|
| SPI_CR1 | 控制寄存器 1，用于配置SPI总线的工作模式、时钟分频等 |
| SPI_CR2 | 控制寄存器 2，用于配置SPI总线的数据帧格式、NSS引脚模式等 |
| SPI_SR | 状态寄存器，用于获取SPI总线的状态信息，如发送缓冲区是否为空等 |
| SPI_DR | 数据寄存器，用于发送和接收数据 |

### 2.3 SPI总线时序

SPI总线通信遵循以下时序：

1. **空闲状态：**SCLK处于高电平，MOSI和MISO处于高阻态。
2. **启动状态：**主设备拉低NSS引脚，表示开始通信。
3. **数据传输状态：**SCLK时钟信号开始产生，MOSI和MISO引脚上开始传输数据。
4. **停止状态：**主设备释放NSS引脚，表示通信结束。

**代码块：**

// SPI总线初始化
void SPI_Init(void)
{
    // 设置SPI_CR1寄存器
    SPI_CR1 = 0x00000000; // 复位SPI_CR1寄存器
    SPI_CR1 |= (1 << SPI_CR1_MSTR); // 设置为主设备模式
    SPI_CR1 |= (1 << SPI_CR1_CPOL); // 时钟极性为高
    SPI_CR1 |= (1 << SPI_CR1_CPHA); // 时钟相位为 1
    SPI_CR1 |= (1 << SPI_CR1_SSM); // 软件从设备管理
    SPI_CR1 |= (1 << SPI_CR1_SSI); // 内部从设备使能

    // 设置SPI_CR2寄存器
    SPI_CR2 = 0x00000000; // 复位SPI_CR2寄存器
    SPI_CR2 |= (1 << SPI_CR2_FRXTH); // RX FIFO阈值为1
    SPI_CR2 |= (1 << SPI_CR2_TXEIE); // TX FIFO空中断使能
    SPI_CR2 |= (1 << SPI_CR2_RXNEIE); // RX FIFO非空中断使能

    // 设置SPI_SR寄存器
    SPI_SR = 0x00000000; // 复位SPI_SR寄存器

    // 设置SPI_DR寄存器
    SPI_DR = 0x00000000; // 复位SPI_DR寄存器
}

**代码逻辑分析：**

该代码块实现了SPI总线初始化。首先复位SPI_CR1、SPI_CR2、SPI_SR和SPI_DR寄存器。然后设置SPI_CR1寄存器，配置SPI总线为为主设备模式，时钟极性为高，时钟相位为1，软件从设备管理，内部从设备使能。接着设置SPI_CR2寄存器，配置RX FIFO阈值为1，使能TX FIFO空中断和RX FIFO非空中断。最后复位SPI_SR和SPI_DR寄存器。

**参数说明：**

* SPI_CR1：SPI控制寄存器1
* SPI_CR2：SPI控制寄存器2
* SPI_SR：SPI状态寄存器
* SPI_DR：SPI数据寄存器

# 3. STM32单片机SPI软件编程

### 3.1 SPI总线初始化

SPI总线初始化是配置SPI总线硬件和软件参数的过程，为后续的数据传输做好准备。初始化步骤如下：

1. **时钟配置：**
- 启用SPI总线时钟。
- 设置SPI总线时钟分频系数，确定SPI总线工作频率。

2. **引脚配置：**
- 配置SPI总线引脚为复用功能，用于SPI通信。
- 设置引脚模式为推挽输出或开漏输出。

3. **SPI总线寄存器配置：**
- 设置SPI总线模式（主模式或从模式）。
- 设置数据帧格式（数据位数、时钟极性、时钟相位）。