摘要：

 本文主要介紹STM32的SPI介面、cubeMX軟體配置SPI介面和分析SPI相關程式碼。

STM32之SPI簡介：

（1）SPI協議【Serial Peripheral Interface】

   序列外圍裝置介面，是一種高速全雙工的通訊匯流排。主要用在MCU與FLASH\ADC\LCD等模組之間的通訊。

（2）SPI訊號線

       SPI 共包含 4 條匯流排。

SS（Slave Select）：片選訊號線，當有多個SPI 裝置與 MCU 相連時，每個裝置的這個片選訊號線是與 MCU 單獨的引腳相連的，而其他的 SCK、MOSI、MISO 線則為多個裝置並聯到相同的 SPI 總線上，低電平有效。

SCK （Serial Clock）：時鐘訊號線，由主通訊裝置產生，不同的裝置支援的時鐘頻率不一樣，如 STM32 的 SPI 時鐘頻率最大為 f PCLK /2。

MOSI （Master Output Slave Input）：主裝置輸出 / 從裝置輸入引腳。主機的資料從這條訊號線輸出，從機由這條訊號線讀入資料，即這條線上資料的方向為主機到從機。

MISO（Master Input Slave Output）：主裝置輸入 / 從裝置輸出引腳。主機從這條訊號線讀入資料，從機的資料則由這條訊號線輸出，即在這條線上資料的方向為從機到主機。

下圖是主器件與多個從器件通訊圖。其中SCK，MOSI

（3）SPI特性

單次傳輸可選擇為 8 或 16 位。

波特率預分頻係數(最大為 fPCLK/2) 。

時鐘極性(CPOL)和相位(CPHA)可程式設計設定。

資料順序的傳輸順序可進行程式設計選擇，MSB 在前或 LSB 在前。

注：MSB(Most Significant Bit)是“最高有效位”，LSB(Least Significant Bit)

可觸發中斷的專用傳送和接收標誌。

可以使用 DMA 進行資料傳輸操作。

   下圖是STM32的SPI框架圖。

如上圖，MISO資料線接收到的訊號經移位暫存器處理後把資料轉移到接收緩衝區，然後這個資料就可以由我們的軟體從接收緩衝區讀出了。

當要傳送資料時，我們把資料寫入傳送緩衝區，硬體將會把它用移位暫存器處理後輸出到 MOSI資料線。

SCK 的時鐘訊號則由波特率發生器產生，我們可以通過波特率控制位（BR）來控制它輸出的波特率。

控制暫存器 CR1掌管著主控制電路，STM32的 SPI模組的協議設定（時鐘極性、相位等）就是由它來制定的。而控制暫存器 CR2則用於設定各種中斷使能。

最後為 NSS引腳，這個引腳扮演著 SPI協議中的SS片選訊號線的角色，如果我們把 NSS引腳配置為硬體自動控制，SPI模組能夠自動判別它能否成為 SPI的主機，或自動進入 SPI從機模式。但實際上我們用得更多的是由軟體控制某些 GPIO引腳單獨作為SS訊號，這個 GPIO引腳可以隨便選擇。

（4）SPI時鐘時序

根據時鐘極性（CPOL）及相位（CPHA）不同，SPI有四種工作模式。

時鐘極性(CPOL)定義了時鐘空閒狀態電平：

    CPOL=0為時鐘空閒時為低電平

    CPOL=1為時鐘空閒時為高電平

時鐘相位(CPHA)定義資料的採集時間。

    CPHA=0:在時鐘的第一個跳變沿（上升沿或下降沿）進行資料取樣。

    CPHA=1:在時鐘的第二個跳變沿（上升沿或下降沿）進行資料取樣。

cubeMX軟體配置SPI:

下面繼續介紹cubeMX軟體配置STM32L152的SPI介面方法。

（1）開啟軟體，選擇對應晶片後，配置好時鐘源；

（2）勾選SPI1為全雙工，硬體NSS關閉，如下圖：

（3）勾選好後，PA5、PA6、PA7如下圖，在配置PA4為普通io口，gpio_output

（4）SPI1的引數配置選擇預設，如下圖所示

（5）生成程式碼，儲存即可。

HAL庫的SPI函式分析：

下面具體分析下生成的SPI函式和函式呼叫。

SPI_HandleTypeDef hspi1; //SPI結構體類定義，下面看其結構體內部的宣告。

下面分析SPI的初始化函式：

void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* hspi)
{


  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  if(hspi->Instance==SPI1)
  {
  /* USER CODE BEGIN SPI1_MspInit 0 */
  /* USER CODE END SPI1_MspInit 0 */
    /* Peripheral clock enable */
    __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();//使能SPI1時鐘
  
    /**SPI1 GPIO Configuration    
    PA5     ------> SPI1_SCK
    PA6     ------> SPI1_MISO
    PA7     ------> SPI1_MOSI 
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);//配置SPI的資料線和時鐘線
  /* USER CODE BEGIN SPI1_MspInit 1 */
  /* USER CODE END SPI1_MspInit 1 */
  }

static void MX_SPI1_Init(void)
{
  hspi1.Instance = SPI1;
  hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;//主模式
  hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;//全雙工
  hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;//資料位為8位
  hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;//CPOL=0,low
  hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;//CPHA為資料線的第一個變化沿
  hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;//軟體控制NSS
  hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_2;//2分頻，32M/2=16MHz
  hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;//最高位先發送
  hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;//TIMODE模式關閉
  hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//CRC關閉
  hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;//預設值，無效
  if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)//初始化
  {
    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }
}

利用SPI介面傳送和接收資料主要呼叫以下兩個函式：

HAL_StatusTypeDef  HAL_SPI_Transmit(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);//傳送資料
HAL_StatusTypeDef  HAL_SPI_Receive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);//接收資料