STM32—cubeMX+HAL库的SPI接口使用

摘要：

 本文主要介绍STM32的SPI接口、cubeMX软件配置SPI接口和分析SPI相关代码。

STM32之SPI简介：

（1）SPI协议【Serial Peripheral Interface】

   串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线。主要用在MCU与FLASH\ADC\LCD等模块之间的通信。

（2）SPI信号线

       SPI 共包含 4 条总线。

SS（Slave Select）：片选信号线，当有多个SPI 设备与 MCU 相连时，每个设备的这个片选信号线是与 MCU 单独的引脚相连的，而其他的 SCK、MOSI、MISO 线则为多个设备并联到相同的 SPI 总线上，低电平有效。

SCK （Serial Clock）：时钟信号线，由主通信设备产生，不同的设备支持的时钟频率不一样，如 STM32 的 SPI 时钟频率最大为 f PCLK /2。

MOSI （Master Output Slave Input）：主设备输出 / 从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入数据，即这条线上数据的方向为主机到从机。

MISO（Master Input Slave Output）：主设备输入 / 从设备输出引脚。主机从这条信号线读入数据，从机的数据则由这条信号线输出，即在这条线上数据的方向为从机到主机。

下图是主器件与多个从器件通信图。其中SCK，MOSI，MISO是接在一起的，NSS分别接到不同的IO管脚控制。主器件要和从器件通信就先拉低对应从器件的NSS管脚使能。默认状态IO1,IO2,IO3全为高电平，当主器件和从器件1通信时，拉低IO1管脚使能从器件1。而从器件2,3不使能，不作响应。

（3）SPI特性

单次传输可选择为 8 或 16 位。

波特率预分频系数(最大为 fPCLK/2) 。

时钟极性(CPOL)和相位(CPHA)可编程设置。

数据顺序的传输顺序可进行编程选择，MSB 在前或 LSB 在前。

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

可触发中断的专用发送和接收标志。

可以使用 DMA 进行数据传输操作。

   下图是STM32的SPI框架图。

如上图，MISO数据线接收到的信号经移位寄存器处理后把数据转移到接收缓冲区，然后这个数据就可以由我们的软件从接收缓冲区读出了。

当要发送数据时，我们把数据写入发送缓冲区，硬件将会把它用移位寄存器处理后输出到 MOSI数据线。

SCK 的时钟信号则由波特率发生器产生，我们可以通过波特率控制位（BR）来控制它输出的波特率。

控制寄存器 CR1掌管着主控制电路，STM32的 SPI模块的协议设置（时钟极性、相位等）就是由它来制定的。而控制寄存器 CR2则用于设置各种中断使能。

最后为 NSS引脚，这个引脚扮演着 SPI协议中的SS片选信号线的角色，如果我们把 NSS引脚配置为硬件自动控制，SPI模块能够自动判别它能否成为 SPI的主机，或自动进入 SPI从机模式。但实际上我们用得更多的是由软件控制某些 GPIO引脚单独作为SS信号，这个 GPIO引脚可以随便选择。

（4）SPI时钟时序

根据时钟极性（CPOL）及相位（CPHA）不同，SPI有四种工作模式。

时钟极性(CPOL)定义了时钟空闲状态电平：

    CPOL=0为时钟空闲时为低电平

    CPOL=1为时钟空闲时为高电平

时钟相位(CPHA)定义数据的采集时间。

    CPHA=0:在时钟的第一个跳变沿（上升沿或下降沿）进行数据采样。

    CPHA=1:在时钟的第二个跳变沿（上升沿或下降沿）进行数据采样。

cubeMX软件配置SPI:

下面继续介绍cubeMX软件配置STM32L152的SPI接口方法。

（1）打开软件，选择对应芯片后，配置好时钟源；

（2）勾选SPI1为全双工，硬件NSS关闭，如下图：

（3）勾选好后，PA5、PA6、PA7如下图，在配置PA4为普通io口，gpio_output

（4）SPI1的参数配置选择默认，如下图所示

（5）生成代码，保存即可。

HAL库的SPI函数分析：

下面具体分析下生成的SPI函数和函数调用。

SPI_HandleTypeDef hspi1; //SPI结构体类定义，下面看其结构体内部的声明。

下面分析SPI的初始化函数：

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时钟

    /**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的数据线和时钟线

  /* 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;//全双工

  hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;//数据位为8位

  hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;//CPOL=0,low

  hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;//CPHA为数据线的第一个变化沿

  hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;//软件控制NSS

  hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_2;//2分频，32M/2=16MHz

  hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;//最高位先发送

  hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;//TIMODE模式关闭

  hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//CRC关闭

  hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;//默认值，无效

  if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)//初始化

  {

    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);

  }

}

利用SPI接口发送和接收数据主要调用以下两个函数：

HAL_StatusTypeDef  HAL_SPI_Transmit(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);//发送数据

HAL_StatusTypeDef  HAL_SPI_Receive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);//接收数据