沁恒CH32V307使用记录：SPI基础使用

2023-10-30

文章目录

目的
基础说明
使用演示
其它补充
总结

目的

SPI是单片机中比较常用的一个功能。这篇文章将对CH32V307中相关内容进行说明。

本文使用沁恒官方的开发板（CH32V307-EVT-R1沁恒RISC-V模块MCU赤兔评估板）进行演示。

基础说明

SPI的基础概念见下面文章：
SPI基础概念：https://blog.csdn.net/Naisu_kun/article/details/118102844

从上面文章中可以看到SPI主要涉及两条通讯线（MOSI、MISO）、一条时钟线（SCLK）、一条片选线（CS或NSS，非必需）。

除了接线，SPI使用上还需要了解极性和相位的概念，在此之上理解读写时序逻辑等内容。

另在在SPI读数据时需要注意，这时候虽然数据是从机发送的，但时钟还是主机给出的，所以往往读数据时主机还需要通过写数据（任意均可）来给出时钟信号。

使用演示

下面是个简单的使用SPI发送数据的示例：

#include "debug.h"

void SPI1_Master_Init(void) {
    // 初始化时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);

    // 初始化GPIO
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = { 0 };

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;         // CS
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  // 这里使用普通推挽输出模式，而不是复用模式，所以下面需要手动控制
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_SetBits( GPIOA, GPIO_Pin_4);                 // 拉高不工作

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; // SCK
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; // MISO
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; // MOSI
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 初始化SPI1
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure = { 0 };

    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  // 全双工模式
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;                       // 作为主机
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;                   // 8bit数据
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;                          // 时钟不通讯时低电平
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;                        // 在第一个边缘进行采样
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;                           // 片选引脚手动控制
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_32; // SPI外设时钟源32分频
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;                  // 传输时高比特在前
    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);                                 // 初始化SPI1设置

    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);                                              // 启动SPI1
}

int main(void) {
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    SystemCoreClockUpdate();
    Delay_Init();
    USART_Printf_Init(115200);

    SPI1_Master_Init();                                                       // 初始SPI1

    while(1) {
        GPIO_ResetBits( GPIOA, GPIO_Pin_4);                                   // 拉低片选信号，开始SPI通讯
        u8 data[4] = {0x00, 0xff, 0x22, 0x33};
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) { } // 等待可以写数据到发送缓冲
            SPI_I2S_SendData(SPI1, data[i]);                                  // 写数据
        }
        Delay_Us(6);                                                          // 写数据并不代表发送完成，发送完成前后不能拉高片选信号
                                                                              // 目前设置下SPI时钟为 96/32 = 3MHz， 每发送一个字节时间为 8/3 = 2.667us
                                                                              // 通常为了保险最好等待两个字节以上时间
        GPIO_SetBits( GPIOA, GPIO_Pin_4);                                     // 拉高片选信号，结束SPI通讯

        Delay_Us(20);
    }
}

使用逻辑分析仪抓取上面代码实际运行中的一帧数据如下：
在这里插入图片描述
需要注意的是逻辑分析仪的采样速度要远远大于SPI时钟速度，不然解析数据时可能出现一个bit的异常。

下面代码是使用SPI1作为主机，SPI2作为从机的实验，除了上面的发送数据外还进行了数据读取操作：

#include "debug.h"

void SPI1_Master_Init(void) {
    // 初始化时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);

    // 初始化GPIO
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = { 0 };

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;         // CS
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  // 这里使用普通推挽输出模式，而不是复用模式，所以下面需要手动控制
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_SetBits( GPIOA, GPIO_Pin_4);                 // 拉高不工作

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; // SCK
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; // MISO
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; // MOSI
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 初始化SPI1
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure = { 0 };

    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  // 全双工模式
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;                       // 作为主机
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;                   // 8bit数据
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;                          // 时钟不通讯时低电平
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;                        // 在第一个边缘进行采样
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;                           // 片选引脚手动控制
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64; // SPI外设时钟源64分频
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;                  // 传输时高比特在前
    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);                                 // 初始化SPI1设置

    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);                                              // 启动SPI1
}

void SPI2_Slave_Init(void) {
    // 初始化时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE);

    // 初始化GPIO
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = { 0 };

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;    // CS
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; // 片选信号为低才工作
    GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13; // SCK
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14; // MISO
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15; // MOSI
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // 初始化SPI2
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure = { 0 };

    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  // 全双工模式
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Slave;                        // 作为从机
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;                   // 8bit数据
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;                          // 时钟不通讯时低电平(和主机保持一致)
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;                        // 在第一个边缘进行采样(和主机保持一致)
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Hard;                           // 片选信号依赖外部信号
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64; // 从模式下其实不用关心这个
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;                  // 传输时高比特在前
    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
    SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure);                                 // 初始化SPI2设置

    SPI_Cmd(SPI2, ENABLE);                                              // 启动SPI2
}

int main(void) {
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    SystemCoreClockUpdate();
    Delay_Init();
    USART_Printf_Init(115200);
    printf("SystemClk:%d\r\n", SystemCoreClock);

    // 接线方式： PA4-PB12  PA5-PB13  PA6-PB14  PA7-PB15

    SPI1_Master_Init();                                                       // 初始化SPI1作为主机
    SPI2_Slave_Init();                                                        // 初始化SPI2作为从机

    while(1) {
        u8 data1 = 0;
        u8 data2 = 0;

        GPIO_ResetBits( GPIOA, GPIO_Pin_4);                                   // 拉低片选信号，开始SPI通讯

        while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) { }
        SPI_I2S_SendData(SPI2, 0x33);                                         // 从机先写一个数据到发送区，这样当主机开始发送消息产生时钟信号时，该数据就会被传输

        while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) { }
        SPI_I2S_SendData(SPI1, 0x22);                                         // 主机发送数据给从机

        while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET) { }    // 等待可以读取接收到的数据
        data2 = SPI_I2S_ReceiveData(SPI2);                                    // 读取接收到的数据

        while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET) { }
        data1 = SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);

        GPIO_SetBits( GPIOA, GPIO_Pin_4);                                     // 拉高片选信号，结束SPI通讯

        printf("rx1 = %d, rx2 = %d \r\n", data1, data2);

        Delay_Ms(500);
    }
}

在这里插入图片描述

其它补充

SPI除了最基础的上面查询的方式使用外，本身也可以使用中断方式或者DMA方式来使用。不过一般来说只是作为主机使用的话，因为SPI的速度很快，所以很多时候上面方式就够用了。如果有需要的话中断和DMA的方式使用起来也不难。

总结

单片机本身的SPI外设使用比较简单，真正工作时进行SPI通讯更多的是要能够理解SPI的时序逻辑概念，能够读懂芯片手册上的时序逻辑图。

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