软件模拟SPI接口程序代码(4种模式)

软件模拟SPI接口程序代码(4种模式)

 

SPI协议简介

    SPI的通信原理很简单,一般主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,通常采用的是4根线,它们是MISO(数据输入,针对主机来说)、MOSI(数据输出,针对主机来说)、SCLK(时钟,主机产生)、CS/SS(片选,一般由主机发送或者直接使能,通常为低电平有效)

●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

                                                                                 

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:

                         

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(上升沿或下降沿),主机会在MISO数据线上采样(接收来从机的数据),从机会在MOSI数据线上采样(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。

                       

                        

CPOL:规定了SCK时钟信号空闲状态的电平 

CPHA: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SCK的下降沿切换数据线的数据。

            

在时钟的第1个上升沿(游标1处)(采样点)

  MOSI上数据为1,则在此边沿从机采样(提取)数据为1,采样点在MOSI数据线的中间。

  MISO上数据为0,则在此边沿主机采样(提取)数据为0,采样点在MISO数据线的中间。

在时钟的第1个下降沿(游标2处)(切换点)

  MOSI上数据由1切换为0,,数据在时钟下降沿时切换数据。

  MISO上数据由0切换为1,,数据在时钟下降沿时切换数据。

在时钟的第2~8个上升沿(采样点),主机在MISO上采样数据,从机在MOSI上采样数据。

在时钟的第2~8个下降沿(切换点),主机在MISO上切换数据,从机在MOSI上切换数据

 

通过模拟SPI程序来加深理解

使用STM32L4R5ZI MCU进行的测试

初始化代码

/**SPI1 GPIO Configuration    
    PA5     ------> SPI1_SCK
    PA6     ------> SPI1_MISO
    PA7     ------> SPI1_MOSI 
    */
#define SPI_SCK_PIN                     GPIO_PIN_5
#define SPI_SCK_GPIO_PORT               GPIOA
#define SPI_MOSI_PIN                    GPIO_PIN_7
#define SPI_MOSI_GPIO_PORT              GPIOA
#define SPI_MISO_PIN                    GPIO_PIN_6
#define SPI_MISO_GPIO_PORT              GPIOA
#define SPI_NSS_PIN                     GPIO_PIN_14
#define SPI_NSS_GPIO_PORT               GPIOD


#define SPI_SCK_GPIO_CLK_ENABLE()       __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define SPI_MISO_GPIO_CLK_ENABLE()      __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define SPI_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE()      __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define SPI_NSS_GPIO_CLK_ENABLE()       __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE()

#define MOSI_H  HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_SET)  
#define MOSI_L  HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_RESET)  
#define SCK_H   HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET)  
#define SCK_L   HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET)  
#define MISO    HAL_GPIO_ReadPin(SPI_MISO_GPIO_PORT, SPI_MISO_PIN) 
#define NSS_H   HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_SET)  
#define NSS_L   HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_RESET) 
	·

void SPI_Init(void)
{  
  /*##-1- Enable peripherals and GPIO Clocks #########################*/
  /* Enable GPIO TX/RX clock */
  SPI_SCK_GPIO_CLK_ENABLE();
  SPI_MISO_GPIO_CLK_ENABLE();
  SPI_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE();
  SPI_NSS_GPIO_CLK_ENABLE();


  /*##-2- Configure peripheral GPIO #######################*/
  /* SPI SCK GPIO pin configuration  */
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  
  GPIO_InitStruct.Pin       = SPI_SCK_PIN;
  GPIO_InitStruct.Mode      = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  //GPIO_InitStruct.Pull      = GPIO_PULLDOWN;
  GPIO_InitStruct.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(SPI_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
  HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET);

  /* SPI MISO GPIO pin configuration  */
  GPIO_InitStruct.Pin = SPI_MISO_PIN;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  HAL_GPIO_Init(SPI_MISO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

  /* SPI MOSI GPIO pin configuration  */
  GPIO_InitStruct.Pin = SPI_MOSI_PIN;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  HAL_GPIO_Init(SPI_MOSI_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
  HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_SET);
  
  GPIO_InitStruct.Pin = SPI_NSS_PIN;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  HAL_GPIO_Init(SPI_NSS_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
  HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_SET);
  
}

 模拟SPI4种工作模式

/* CPOL = 0, CPHA = 0, MSB first */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE0( uint8_t write_dat )
{
    uint8_t i, read_dat;
    for( i = 0; i < 8; i++ )
    {
        if( write_dat & 0x80 )
            MOSI_H;  
        else                    
            MOSI_L;  
        write_dat <<= 1;
        delay_us(1);	
        SCK_H; 
        read_dat <<= 1;  
        if( MISO ) 
            read_dat++; 
		delay_us(1);
        SCK_L; 
        __nop();
    }
	
    return read_dat;
}


/* CPOL=0,CPHA=1, MSB first */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE1(uint8_t byte) 
{
    uint8_t i,Temp=0;

	for(i=0;i<8;i++)     // 循环8次
	{
		SCK_H;     //拉高时钟
		if(byte&0x80)
        {
			MOSI_H;  //若最到位为高,则输出高
        }
		else      
		{
			MOSI_L;   //若最到位为低,则输出低
		}
		byte <<= 1;     // 低一位移位到最高位
		delay_us(1);
		SCK_L;     //拉低时钟
		Temp <<= 1;     //数据左移

		if(MISO)
			Temp++;     //若从从机接收到高电平,数据自加一
		delay_us(1);

	}
	return (Temp);     //返回数据
}

/* CPOL=1,CPHA=0, MSB first */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE2(uint8_t byte) 
{
    uint8_t i,Temp=0;

	for(i=0;i<8;i++)     // 循环8次
	{
		if(byte&0x80)
        {
			MOSI_H;  //若最到位为高,则输出高
        }
		else      
		{
			MOSI_L;   //若最到位为低,则输出低
		}
		byte <<= 1;     // 低一位移位到最高位
		delay_us(1);
		SCK_L;     //拉低时钟
		Temp <<= 1;     //数据左移

		if(MISO)
			Temp++;     //若从从机接收到高电平,数据自加一
		delay_us(1);
		SCK_H;     //拉高时钟
		
	}
	return (Temp);     //返回数据
}


/* CPOL = 1, CPHA = 1, MSB first */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE3( uint8_t write_dat )
{
    uint8_t i, read_dat;
    for( i = 0; i < 8; i++ )
    {
		SCK_L; 
        if( write_dat & 0x80 )
            MOSI_H;  
        else                    
            MOSI_L;  
        write_dat <<= 1;
        delay_us(1);	
        SCK_H; 
        read_dat <<= 1;  
        if( MISO ) 
            read_dat++; 
		delay_us(1);
        __nop();
    }
    return read_dat;
}

 

版权声明:本文为CSDN博主「内陆的咸水鱼」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接:https://blog.csdn.net/zwj695535100/article/details/107303648

内陆的咸水鱼

我还没有学会写个人说明!

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