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【STM32笔记】HAL库中的SPI传输(可利用中断或DMA进行连续传输)

【STM32笔记】HAL库中的SPI传输(可利用中断或DMA进行连续传输)

SPI 是英语Serial Peripheral interface的缩写,顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola(摩托罗拉)首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。

SPI,是一种高速的,全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,同时为PCB的布局上节省空间,提供方便,主要应用在 EEPROM,FLASH,实时时钟,AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

SPI主从模式

SPI分为主、从两种模式,一个SPI通讯系统需要包含一个(且只能是一个)主设备,一个或多个从设备。提供时钟的为主设备(Master),接收时钟的设备为从设备(Slave),SPI接口的读写操作,都是由主设备发起。当存在多个从设备时,通过各自的片选信号进行管理。

SPI是全双工且SPI没有定义速度限制,一般的实现通常能达到甚至超过10 Mbps

SPI信号线

SPI接口一般使用四条信号线通信:
SDI(数据输入),SDO(数据输出),SCK(时钟),CS(片选)

MISO: 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。
MOSI: 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。
SCLK:串行时钟信号,由主设备产生。
CS/SS:从设备片选信号,由主设备控制。它的功能是用来作为“片选引脚”,也就是选择指定的从设备,让主设备可以单独地与特定从设备通讯,避免数据线上的冲突。
硬件上为4根线。

四线SPI可以同时发送和接收数据

另外,还有一种三线SPI,即SCLK、CS、DIO,通过DIO一条线实现MISO和MOSI的功能,三线SPI同时发送或接收

SPI协议可以一对多传输 拉低哪个CS就同哪个芯片通信
在这里插入图片描述
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SPI工作模式

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。
在这里插入图片描述

SPI通信的时序

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传输一个字节
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如图为传输一个24位的数据 在此期间片选SYNC一直为拉低的

SPI配置

在这里插入图片描述
这是一般情况的配置
SPI配置中设置数据长度为8bit,MSB先输出分频为64分频,则波特率为125KBits/s。其他为默认设置。
Motorla格式,CPOL设置为Low,CPHA设置为第二个边沿。不开启CRC检验,NSS为软件控制。
(CPOL=0,CPHA=1)

CRC根据设备需求来
NSS片选这里选择的是软件片选(GPIO设置为输出,由GPIO控制拉高拉低) 之所以推荐这个配置 后面会详细说明
CPOL和CPHA根据芯片来定
工作模式选择全双工

有主机模式全双工/半双工
从机模式全双工/半双工
只接收主机模式/只接收从机模式
只发送主机模式

SPI函数

在stm32f1xx_hal_spi.h头文件中可以看到spi的操作函数。分别对应轮询,中断和DMA三种控制方式。
在这里插入图片描述
轮询: 最基本的发送接收函数,就是正常的发送数据和接收数据(阻塞)
中断: 在SPI发送或者接收完成的时候,会进入SPI回调函数,用户可以编写回调函数,实现设定功能(非阻塞)
DMA: DMA传输SPI数据(非阻塞)

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

SPI发送数据函数:

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

参数:

*hspi: 选择SPI1/2,比如&hspi1,&hspi2
*pData : 需要发送的数据,可以为数组
Size: 发送数据的字节数,1 就是发送一个字节数据
Timeout: 超时时间,就是执行发送函数最长的时间,超过该时间自动退出发送函数
SPI接收数据函数:

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

参数:

*hspi: 选择SPI1/2,比如&hspi1,&hspi2
*pData : 接收发送过来的数据的数组
Size: 接收数据的字节数,1 就是接收一个字节数据
Timeout: 超时时间,就是执行接收函数最长的时间,超过该时间自动退出接收函数
SPI接收回调函数:

HAL_SPI_TransmitReceive_IT(&hspi1, TXbuf,RXbuf,CommSize);

当SPI上接收出现了 CommSize个字节的数据后,中断函数会调用SPI回调函数:

HAL_SPI_TxRxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)

用户可以重新定义回调函数,编写预定功能即可,在接收完成之后便会进入回调函数

另外,最常用又最方便的是:

HAL_SPI_TransmitReceive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData, uint8_t *pRxData, uint16_t Size,uint32_t Timeout)

此函数可以同时发送和接收
比如发送2个字节而后又接收3个字节,则Size=5(实际上发送5个字节,在发送2个字节后,开始接收3个字节)
若要发送2个字节的同时接收2个字节,则Size=2
若要发送2个字节,但在发送1个字节后接收一个字节,则Size=2

在这里 发送和接收同时进行,根据需求 Size填入的值为时序的总长度

SPI连续传输

在HAL库中,SPI的传输是不连续的
若是选择硬件NSS,则每次发送一个字节后,NSS都会拉高
所以我们选择软件NSS,这样就可以在完成传输后手动拉高

另外,若CPHA设置为1edge,则默认开启NSSP,在每次传输1个字节后,都会有一段空闲,设置为2或关闭NSSP则没有
如图:
在这里插入图片描述
若是用阻塞的方式进行传输,则每传输完两个字节后会有一个空闲,如图:
在这里插入图片描述
为了使每两个字节传输中不间隔(连续传输)
则使用HAL_SPI_TransmitReceive_IT或HAL_SPI_TransmitReceive_DMA
同时在cubemx中开启中断或DMA(普通模式,开启TX和RX)
(其实说白了 DMA也算中断的一种 DMA不经过CPU传输 发送完成以后也会进入DMA中断回调函数)

由于这两个函数为非阻塞 固在使用时要加上阻塞判断

HAL_SPI_TransmitReceive_IT(hspi,pData,buf,x+y);
while(hspi->State!=HAL_SPI_STATE_READY);
Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);

若不加 软件片选会变成这样:
在这里插入图片描述

SPI函数包装如下:

/*!
 * @brief       	对SPI设备进行发送和读取
 *
 * @param 	[in]	hspi: SPI_HandleTypeDef 变量地址
 *					[in]	pData: 需要发送的数据变量地址
 *					[in]	x: 发送数据个数
 *					[in]	y: 读取数据个数,最大为4,若大于4,则返回0
 *					[in]	us: 拉高CS后的延时时长
 *					[in]	sync_flag: 同步标志
 *								当sync_flag为true时,发送数据和读取数据同时进行,片选始终拉低,接收的数据为发送x个数据以后接收的y个数据
 *								当sync_flag为false时,发送数据和读取数据分别进行,片选分两次拉低,接收的数据为第二次片选拉低时的数据
 *
 * @return				dat: SPI读取数据返回
 */
uint32_t SPI_Send_x_Read_y(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint8_t x,uint8_t y,uint8_t us,bool sync_flag)
{	
	Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
	
	uint8_t buf[x+y];
	memset(buf,0,sizeof(buf));
	uint32_t dat=0;
	
	if(y>4 || x+y==0)
	{
		return 0;
	}
	
	if(sync_flag)
	{
		Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_RESET);
		if(pData!=NULL)
		{
			HAL_SPI_TransmitReceive_IT(hspi,pData,buf,x+y);
			while(hspi->State!=HAL_SPI_STATE_READY);
			Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
			delay_us(us);
		}
		else
		{
			Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
			delay_us(us);
			return 0;
		}		
	}
	else
	{		
		if(pData!=NULL && x!=0)
		{
			Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_RESET);
			HAL_SPI_Transmit_IT(hspi,pData,x);
			while(hspi->State!=HAL_SPI_STATE_READY);
			Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
			delay_us(us);
		}
		Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_RESET);
		HAL_SPI_Receive_IT(hspi,buf,y);
		while(hspi->State!=HAL_SPI_STATE_READY);
		Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
		delay_us(us);
		x=0;
	}
	
	for(uint8_t i=0;i<y;i++)
	{
		dat|=pData[x+i]<<(8*(y-1-i));
	}
	
	Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
	
	return dat;
}

连续传输后的时序如图:
在这里插入图片描述
软件片选中的拉高延迟50us,是为了满足有的设备对片选拉高时长的要求 50us可以满足大多数设备了

另外,传输完成的拉高也可以放在IT和DMA的回调中去,但是回调也是非阻塞的,若是两次数据间隔时间长,则可以这样使用,这样就可以压缩CS的时间。但如果两次数据间隔很短,就要按刚刚说的软件片选拉高后给延时,如果用回调的话,延时部分会被压缩,原本延时50us,可能只能延时40us,所以尽量不用这个。

void HAL_SPI_TxRxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{  
	Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
	if (hspi == (&hspi2))
	{

	}	
}

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