51单片机spi通信程序,51单片机外设

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本文前言： SPI协议的特点1 .优点2 .缺点3 .机制2、SPI协议分析1 .模式概念理解2 .通信过程分析3. SPI个人协议理解4、使用SPI协议操作SPI外围设备芯片总结

前言中写道单片机，但实际上即使您的主板上没有系统(自由RTOS，Linux )，协议也不会改变。 题外话：在工作中，他植入了别人写的SPI协议，与外设芯片(如闪存芯片、网卡芯片等)进行了通信，但都没有深入底层，下午一边看代码，一边总结写了3个多小时这个博客

另一方面，串行外围设备接口(SPI )是SPI协议的特征，它通过四个常见接口(这些接口)提供芯片选择、时钟和该规则称为协议，因此是SPI协议，在能够高速、全双工、输出的今天，集成了这种通信协议的外围设备芯片越来越多，FLASH、AD转换器、NFC芯片等非常常见。

1 .优势支持全双工，信号完整性好

支持高速(100MHz以上)

协议对应字长不限于8bits，可以根据APP应用的特征灵活地选择消息字长。 (上一层还是下一层需要查看外围设备芯片的文档，主要保证两个SPI通信设备之间使用相同的协议。)。

硬件连接简单；

2 .与缺点IIC相比，两条线多，有四条线

因为没有寻址机制，所以只能在切片选择中选择不同的设备。 这意味着在发送数据之前，在IO中降低设备的芯片选择信号，然后发送数据，并在操作完成时提高芯片选择信号

主设备不知道发送是否成功，因为没有从设备接收到ACK；

典型的APP应用程序仅支持单主控；

与RS232 RS485和CAN总线相比，SPI传输距离更短，并且仅限于PCB板；

3 .结构信号定义为： http://www.Sina.com/:串行时钟http://www.Sina.com/: master output、Slave Input主收发信号http://www

二、SPI协议分析1 .模式概念理解首先要知道SCK的概念。 概念为自行百度，根据CPOL和CPHA的状态，SPI分为四种模式。 如果要写软SPI协议，就需要知道这四种模式。 使用硬SPI协议时，根据周边芯片的不同，初始化时有以下4种模式。

例如，一个名为W25Q64的FLSH芯片同时支持模式0和模式3，以便MCU在初始化SPI时可以选择其中一种模式。

2 .通讯流程分析这是野火STM32F103手册的照片，参考这张照片分析通讯流程

(1)拉低NSS信号线，产生启动信号(未示出)； (需要软件操作)2)将发送的数据写入“数据寄存器DR”，并将该数据存储在发送缓冲器中； (需要软件操作)3)通信开始，SCK时钟开始工作。 MOSI逐位传输发送缓冲器中的数据； MISO将数据逐位存储在接收缓冲器中； 我们不用管，单片机就能自动完成！ ）

* )4)在一个帧的数据发送结束后，“状态寄存器SR”的“TXE标志位”被设置为1，表示一个帧的发送结束，发送缓冲器变空。 同样，“RXNE标志位”在接收完一帧的数据时设置为1，表示接收缓冲区不为空。 )需要软件操作。 为了进行状态查询，通常在while死循环中保证数据的发送接收。 )5)等待“TXE标志位”变为1后继续发送数据时，只需再次向“数据寄存器DR”写入数据即可。 等待“RXNE标志位”变为1，通过读取“数据寄存器DR”即可获取接收缓冲区的内容。 )6)拉上NSS信号线并生成终止信号(需要软件操作) (3. SPI个人协议)我们知道，实际上对于任何一个MCU支持的协议，我们要做的是三个步骤。

1、初始化2、发送数据3、接收数据

但是，spi协议只是在发送和接收数据之前降低芯片选择信号。 对于MCU的运行，每个MCU制造商都有不同的寄存器，在创建发送或接收函数时，会为每个MCU创建不同的函数。 现在，分析两家公司的，拿到一个芯片后，请参考制造商的demo进行制作。 这是最正确的。 不要傻傻的自己从头写到尾。MOSI如上所述，由于SPI协议没有从设备发送ACK，所以主设备不知道发送是否成功，但可以知道是否发送了数据buff。 简而言之，我不知道是否发送了数据，但我知道没有发送数据。 每个制造商的设计都不同，但STM32检测buff发送完成的原因是接收缓冲区(不是写入错误，而是接收缓冲区)不为空。 )我觉得这样设计很奇怪。 没办法，制造商是这样设计的。 ）

1 )在发送之前，检测TX

E，若发送缓冲区位空，则将数据写入发送数据寄存器；2）等待数据发送完成（若RXNE为非空，则表示发送完成）； // 发送函数u8 SPI_FLASH_SendByte(u8 byte){ SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT; /* 等待发送缓冲区为空，TXE事件 */ while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPIx, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) { if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(0); } /* 写入数据寄存器，把要写入的数据写入发送缓冲区 */ SPI_I2S_SendData(FLASH_SPIx, byte); // 将一个字节的数据写入spi数据寄存器 SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT; /* 判断发送buff的数据是否完成，等待接收缓冲区非空，RXNE事件 */ while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPIx, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET) { if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(1); } /* 读取数据寄存器 */ return SPI_I2S_ReceiveData(FLASH_SPIx );}// 接收函数u8 SPI_FLASH_ReadByte(void){// 通过写的方式，来读数据，感觉挺奇怪的 return (SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte));//Dummy_Byte为任意字节，无意义，但是必须要写，一般我们写0XFF} 第二家，国内HUA芯片， 这款芯片就有专门的发送完成和是否接受到数据的状态寄存器，发送和接收逻辑符合我们通常的认知。写这两个函数的时候需要参考厂家demo。 // 发送函数void Spim0SendData(UINT8 *data_buf, UINT16 len){ UINT16 *phalfword = (UINT16*)data_buf;UINT32 *pword = (UINT32*)data_buf;Spim0ClrFifo();//清空发送缓冲区 Spim0RecAutorcvDis(); // 禁用自动接收Spim0TransStart();// 开始发送Spim0ClrStatus(SPIM0_TXEND);// 清空发送完成寄存器while(len) { if(len >= 8) {/*send 8 Byte data*/for (UINT8 i = 0; i < 8; i++){SPIM0->DR = *data_buf;data_buf++;}len -= 8;wrcnt += 8; } else if(len >= 4) {/*send 4 Byte data*/for (UINT8 i = 0; i < 4; i++){SPIM0->DR = *data_buf;data_buf++;}len -= 4;wrcnt += 4; } else{for (UINT8 i = 0; i < len; i++){SPIM0->DR = *data_buf;data_buf++;len--;}}while(!(Spim0GetStatus() & SPIM0_TXEND)); Spim0ClrStatus(SPIM0_TXEND);}Spim0TransStop();}// 接收函数void Spim0RecvData( UINT8 *data_buf, UINT16 rev_len){ UINT16 *phalfword = (UINT16*)data_buf;UINT32 *pword = (UINT32*)data_buf;Spim0SetClk(rev_len & 0x3ff);/*set rx frames,the maxlen is 0x3ff bytes*/Spim0ClrFifo();Spim0RecAutorcvEn();/*only receive mode en*/ Spim0TransStart();while(rev_len != 0){if(rev_len >= 4){ /*receive 4 byte data*/while(!(Spim0GetStatus() & SPIM0_RXHF));*data_buf++ = SPIM0->DR;*data_buf++ = SPIM0->DR;*data_buf++ = SPIM0->DR;*data_buf++ = SPIM0->DR;rev_len -= 4;} else{ while(!(Spim0GetStatus() & SPIM0_RXNE));for(; rev_len>0; rev_len--){*data_buf++ = SPIM0->DR;}}}Spim0TransStop(); } 4、使用SPI协议操作SPI外设芯片

需要先看外设芯片的数据手册，例如W25Q64 flash芯片的操作指令为，（下图中括号的数据为接收的数据）：

举个简单的例子，使用stm32读flash的设备ID:

u32 SPI_FLASH_ReadDeviceID(void){ u32 Temp = 0; /* Select the FLASH: Chip Select low */ SPI_FLASH_CS_LOW(); /* Send "RDID " instruction */ SPI_FLASH_SendByte(W25X_DeviceID);// 0xAB SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte); SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte); SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte); /* Read a byte from the FLASH */ Temp = SPI_FLASH_ReadByte();// 等价于 Temp = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte); /* Deselect the FLASH: Chip Select high */ SPI_FLASH_CS_HIGH(); return Temp;} 总结 1、SPI协议主要写的就是发送和接收函数，发送和接收的数据需要看外设芯片的数据手册；2、若MCU支持硬SPI协议，那我们一般用硬spi协议，若用软的，移植的时候不好移植，因为你不知道你的外设芯片支持哪种spi模式。如果MCU不支持SPI，现在你又需要SPI，这时就可以写个软的SPI协议。不过现在芯片一般都支持硬SPI了，除非为了节省成本，你的芯片很Low很Low。软spi协议很简单，关于波特率，你不需要太过关系，只要不超过外设芯片的波特率就可以，至于具体是多少Hz，如果不追求速度的话，没有太大的关系，可以先调通spi，然后在调速。软SPI协议如下（模式0）： 可以看到，先操作的是数据IO，然后在操作SCK的IO。

请务必参考上面的时序图，来看下面软spi模式0对应的代码，不然不知道原由： // spi发送函数void SpiByteWrite(unsigned char dat) { unsigned char mask; for (mask=0x01; mask!=0; mask<<=1) //低位在前，逐位移出 { if ((mask&dat) != 0) //首先输出该位数据 Set_MOSI_IO(1); // IO拉高 else Set_MOSI_IO(0); // IO拉低 Set_SPI_CK(1); //然后拉高时钟，数据采样，IO拉高 Set_SPI_CK(0); //再拉低时钟，完成一个位的操作 ，IO拉低 } Set_MOSI_IO(1); //最后确保释放 IO 引脚，IO拉高} // spi总线上读取一个字节 unsigned char DS1302ByteRead() { unsigned char mask; unsigned char dat = 0; for (mask=0x01; mask!=0; mask<<=1) //低位在前，逐位读取 { if (Get_MISO_IO!= 0) //首先读取此时的 IO 引脚，并设置 dat 中的对应位 { dat |= mask; } Set_SPI_CK(1); //然后拉高时钟，数据采样，IO拉高 Set_SPI_CK(0); //再拉低时钟，完成一个位的操作 ，IO拉低 } return dat; //最后返回读到的字节数据 } 若其他模式，参考下面的图片，相信你也能自己写出对应的软SPI协议。

在时序上，SPI 比 I2C 简单多，没有了起始、停止和应答，和UART一样， SPI 在通信的时候，只负责通信，不管是否通信成功，而 I2C 却要通过应答信息来获取通信成功失败的信息，所以相对来说，UART 和 SPI 的时序都要比 I2C 简单一些。