STM32-SPI协议详解及CubeMX+HAL函数配置分析

1 SPI协议
SPI(Serial Peripheral interface)串行外围设备接口是同步全双工的通信总线,在芯片的管脚上只占用四根线。

1.1 物理层

SS/NSS/CS:从设备选择信号线(片选信号线)。由主设备控制,选择指定的从设备。

当主机要选择从设备时,把该从设备的SS信号线设置为低电平,该从设备即被选中,即片选有效,接着主机开始与被选中的从设备进行SPI通讯。所以SPI通讯以SS线置低电平为开始信号,以SS线被拉高作为结束信号。

SCK (Serial Clock):时钟信号线。用于通讯数据同步,只能由主设备产生,两个设备之间通讯时,通讯速率受限于低速设备

MOSI(Master Output, Slave Input):主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据,在从模式下接收数据。

MISO(Master Input, Slave Output):主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据,在主模式下接收数据。

1.2 协议层
SPI总线内部结构:

结构抽象图:

在时钟信号控制下,主机将要发送的数据写到数据缓存区(Memory),缓存区经过8位移位寄存器shift register,串口移位寄存器通过MOSI信号线将数据一位一位的移到从机,从机将MISO接口收到的数据经过移位寄存器一位一位的移到数据缓存区(Memory)。同时从机也将自己移位寄存器数据通过MOSI发送给主机,两个移位寄存器数据完成交互,读写同时进行。

因此,SPI读写操作是同步完成的。如果只进行写操作,主机只需忽略接收到的字节;若主机要读取从机的一个字节,就必须发送一个空字节引发从机传输。

1.2.1 时钟极性与时钟相位

时钟极性CPOL:指SPI通讯设备处于空闲状态时,SCK信号线的电平信号(即SPI通讯开始前、 CS片选线为高电平时SCK的状态)。
CPOL = 0:SCK在空闲状态时为低电平
CPOL = 1:SCK在空闲状态时为高电平
时钟相位CPHA:指数据的采样的时刻
CPHA = 0:MOSI/MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的“奇数边沿”被采样(第一个跳变沿开始)
CPHA = 1:MOSI/MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的“偶数边沿”被采样(第二个跳变沿开始)
在这里插入图片描述

SPI模式时钟极性CPOL时钟相位CPHA空闲时SCK时钟采样时刻
000低电平第一个边沿(奇)
101低电平第二个边沿(偶)
2

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