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SPI协议代码

作者：互联网

软件模拟SPI程序代码

概述：
　　　通过两个MCU（STM32F103）来模拟SPI的主从机，完成主机发送从机接收，便于理解SPI协议。

SPI协议简介
●SPI接口介绍
　　SCK：时钟信号，由主设备产生，所以主设备SCK信号为输出模式，从设备的SCK信号为输入模式。
　　CS：使能信号，由主设备控制从设备，，所以主设备CS信号为输出模式，从设备的CS信号为输入模式。
　　MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入，所以主设备MOSI信号为输出模式，从设备的MOSI信号为输入模式。
　　MISO：主设备数据输入，从设备数据输出，所以主设备MISO信号为输入模式，从设备的MISO信号为输出模式。
　　
●SPI接口连接图
在这里插入图片描述
　　注意：MOSI和MISO不能交叉连接(可以把主从机理解为一个整体系统，MOSI为系统主机发送从机接收的数据线，MISO为主机接收从机发送的数据线)。

●SPI数据传输方向
　　SPI作为全双工的的串行通信协议，数据传输时高位在前，低位在后。主机和从机公用由主机产生的SCK信号，所以在每个时钟周期内主机和从机有1bit的数据交换(因为MOSI和MISO数据线上的数据都是在时钟的边沿处被采样)。
　　如下图：
　在这里插入图片描述
　SPI协议规定数据采样是在SCK的上升沿或下降沿时刻(由SPI模式决定，下面会说到)，观察上图，在SCK的边沿处，主机会在MISO处采样(接收来从机的数据)，从机会在MOSI处采样(接收来自主机的数据)，所以每个时钟周期中会有一bit的数据交换。
　SPI数据交换
　●SPI传输模式
　
　　　SPI总线传输一共有４种模式，这４种模式分别由时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)来定义。
　　　在这里插入图片描述

CPOL CPHA
规定了SCK时钟信号空闲状态的电平 规定了数据是在SCK时钟的上升沿还是下降沿被采样
----------- ------------------------------------
模式0：CPOL=0，CPHA =0 SCK空闲为低电平，数据在SCK的上升沿被采样(提取数据)
模式1：CPOL=0，CPHA =1 SCK空闲为低电平，数据在SCK的下降沿被采样(提取数据)
模式2：CPOL=1，CPHA =0 SCK空闲为高电平，数据在SCK的下降沿被采样(提取数据)
模式3：CPOL=1，CPHA =1 SCK空闲为高电平，数据在SCK的上升沿被采样(提取数据)

以模式0为例：
SCK空闲为低电平，数据在SCK的上升沿被采样(提取数据)。
在这里插入图片描述
　 ◐在时钟的第一个上升沿(游标1处)
　　MOSI上数据为1，则主机在此时钟沿放置的数据时1，从机接收此时钟的数据为1。
　　MISO上数据为0，则从机在此时钟沿放置的数据时0，主机接收此时钟的数据为0。
　 ◐在时钟的第二个上升沿(游标2处)
　　MOSI上数据为0，则主机在此时钟沿放置的数据时0，从机接收此时钟的数据为0。
　　MISO上数据为1，则从机在此时钟沿放置的数据时1，主机接收此时钟的数据为1。

通过两个单片机模拟SPI来加深理解

利用了STM32F103VET6和STM32F103C8T6(身边只有这两块了)两款MUC。
※硬件连接方式

主机- STM32F103VET6 从机-STM32F103C8T6
(主机产生) SCK→ →SCK(从机被动)
(主机产生) CS→ →CS (从机被动)
(主机发送)MOSI → →MOSI (从机接收)
(主机接收) MISO ← ←MISO (从机发送)

●注意：MOSI连接MOSI，MISO连接MISO(不能像串口那样交叉连接)。
✯SPI模式
　　采用模式０(CPOL=0，CPHA =0):SCK空闲为低电平，数据在SCK的上升沿被采样(提取数据) 。
✯程序思路
　　★主机拉低CS开始传输数据，在SCK上升沿之前保持MOSI上有稳定的数据输出(因为从机要在SCK的上升沿去采样(提取数据)，所以主机在SCK上升沿之前要完成发送数据的放置)。
　　★从机在CS拉低后(CS有下降沿)开始数据的接收(在SCK的上升沿采集MOSI上的数据)。
✯主机C代码+波形

/*SPI发送函数*/
//时钟的上升沿采样数据,下降沿切换数据   先发送高位
void SPI_Write(uint8_t Data)
{
	uint8_t i=0;
	CS_L;	//片选拉低开始传输数据
	/*循环8次,发送8bit数据*/
	for(i=0;i<8;i++)	
	{
		SCK_L;//产生下降沿,准备切换数据
		delay_us(1);//(可忽略,这里是因为接收时此单片机外部中断上升沿触发有时延,SCK太快无法准确提取数据)
		/*切换数据*/
		if(Data&0x80)//通过8次循环移位,将一个字节的数据，由高到低一位一位的放置到数据线上
		{
			MOSI_H;
		}
		else
		{
			MOSI_L;
		}
		SCK_H;	//产生上升沿(从机在此上升沿时采集数据)
		delay_us(1);//(可忽略,这里是因为接收时此单片机外部中断上升沿触发有时延,SCK太快无法准确提取数据)
		Data <<= 1;
		
	}
	MOSI_L;
	SCK_L;
	CS_H;	//片选拉高等待下次数据传输
}
int main()
{
	int i=0,j=0;
	SysTick_init();
	SPI_GPIO_Config();
	while(1)
	{
		SPI_Write(0xA5);
	}
}

●注意：上面1us的延时[delay_us(1)]此处可以忽略，这里是因为接收时此单片机外部中断上升沿触发有时延,SCK太快无法准确提取数据，利用其他方式解析从机数据的请忽略。(详细了解请参考博文:STM32外部中断边沿触发存在延时问题)。
　　★代码解析：要了解代码思路，就要时刻记得我们采用SPI的是模式0(SCK空闲为低电平，数据在SCK的上升沿被采样(提取数据) )，所以1Byte数据放置完毕后，SCK要拉低，CS要拉高，MOSI要恢复默认电平，但是每Bit数据放置完毕后SCK要拉高(因为SCK上升沿前要确保稳定的数据，这样从机才可以在上升沿采样到正确的数据)。所谓放置数据，其实就是在每次SCK拉高之前对MOSI引脚赋值。比如我们发送的数据为0xA5(1010_0101)。
在这里插入图片描述
在上图中标号2处的上升沿之前要保证MOSI上(游标1)处有稳定的1bit数据(1)，随后的7个上升沿也一样。
✯主机产生的波形
在这里插入图片描述
　　★波形解析：通道１数据:SCK
　　　　　　　　通道２数据:MOSI
　　　　　　　　通道３数据:CS
　　　在上图中可以观察到整个数据的传输是在片选CS为低的时刻进行的。在上升沿之前完成了1bit数据的发送。完成1Byte数据的发送后，SC置高，CS置高，MOSI置低，为下一帧数据做准备。
✯从机C代码+波形

/*SPI接收数据*/
uint8_t SPI_Read()
{
	/*CS下降沿*/
	if(CS_Trigger_Falling == 1)
	{
		CS_Trigger_Falling = 0;
		/*SCK上升沿*/
		for(i=0;i<8;i++)
		{
			while(SCK_Trigger_Rising != 1);//等待上升沿
			SCK_Trigger_Rising = 0;
			Data_Rec<<=1;
			if(MOSI_State)//在SCK上升沿时提取数据
			{		
				Data_Rec ++;	
				Rec_Data1[i] = 1;	
			}
			else{}
		}
	}
	return Data_Rec;
}
int main()
{
	SysTick_init();
	SPI_GPIO_Config();
	EXTI_PB1_Config();
	EXTI_PA2_Config();
	while(1)
	{
	Get_Data = SPI_Read();

	}
}
/*外部中断0中断*/
void EXTI1_IRQHandler(void)//中断服务函数
{
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) != RESET )//reset为清零（!=reset等价于IT=1）
	{
	SCK_Trigger_Rising = 1;
	EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);
	}


}
void EXTI2_IRQHandler(void)//中断服务函数
{
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line2) != RESET )//reset为清零（!=reset等价于IT=1）
	{
	CS_Trigger_Falling = 1;
	EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2);
	
	}


}

★代码解析：从机采用了外部中断的方式去采集CS的下降沿和SCK的上升沿(从机以CS下降沿为数据接收的开始，以SCK的上升沿作为每bit数据的采样点)。(★★★有好的方法欢迎指导)
　　CS下降沿提取波形：图中紫色信号为CS下降沿点，
　　在这里插入图片描述
　　SCK上升沿提取波形：下图中紫色信号为SCK上升沿的提取(即从机接收MOSI数据线上的采样点)。
在这里插入图片描述
提取数据(数据采样)：紫色信号处(采样点)MOSI上的数据即为从机接收到的数据。
在这里插入图片描述
从机接收数据结果：
在这里插入图片描述
★★★如有错误欢迎指导。

标签：协议,SCK,代码,MOSI,SPI,从机,CS,数据
来源： https://blog.csdn.net/qq_40147893/article/details/106458045