《基于构件化的嵌入式系统设计》 课件 项目7 利用SPI实现多机串行通信

嵌入式系统设计

为了实现嵌入式系统设计的可移植和可复用，嵌入式硬件和嵌入式软件均采用构件化的设计思想，即对嵌入式硬件和嵌入式软件进行封装，供系统设计者调用，并倡导嵌入式软件分层设计的理念，以大幅度降低嵌入式技术学习难度和开发难度。

本书特色：项目任务驱动，突出学以致用，注重实践创新。每个项目且均采用了“通用知识”→“嵌入式构件设计”→“应用层程序设计”→“学以致用与创新”的学习流程。采用“搭积木”的思想，逐步提高嵌入式系统设计能力。

本书可作为高等学校电子信息类、计算机类、自动化类等专业的嵌入式系统设计教材，也可作为嵌入式技术培训教材，还可供从事嵌入式技术开发的工程技术人员参考。项目1：GPIO基础应用—实现闪灯和开关状态检测与控制功能项目2：利用定时中断实现频闪灯项目3：GPIO和定时器的综合应用—实现数码管显示、键盘测控、测温功能项目4：利用UART实现上位机和下位机的通信项目5：利用

Timer

实现PWM和输入捕获功能项目6：利用

ADC

设计简易数字电压表项目7：利用SPI实现多机串行通信项目8：利用

CAN

实现多机通信教

材

内

容

项目7利用SPI实现多机串行通信【项目导读】

SPI（SerialPeripheralInterface，串行外设接口）是同步串行总线接口，已经成为一种工业标准。通过SPI，可以实现多个MCU之间的串行通信，也可以实现MCU与其他带有SPI接口的外部器件（如A/D转换器、D/A转换器、LCD、OLED等）之间的串行通信。【学习目标】（1）理解SPI的通用知识，包括SPI的相关概念、SPI的通信过程与通信时序。（2）熟悉MCU的SPI主要特性和引脚，掌握MCU的SPI底层驱动构件的使用方法。（3）能够利用MCU的SPI底层驱动构件头文件进行SPI多机通信的应用层程序设计与测试。*（4）熟悉MCU的SPI底层驱动构件源文件的设计方法。任务7.1理解SPI的通用知识7.1.1SPI的相关概念

在SPI应用系统中，负责启动SPI通信和产生SPI时钟信号的器件是主器件，其他器件是从器件。SPI可以工作于单主单从、一主多从或多主方式，其中最常用的SPI单主单从全双工通信应用系统如图所示。

MISO（MasterInputSlaveOutput）：主输入/从输出数据。

MOSI（MasterOutputSlaveInput）：主输出/从输入数据。

SCK（SerialClock）：由主器件产生和输出串行时钟。通信速率由主器件控制，在主器件启动一次数据传送的过程中，在SCK引脚输出自动产生的8个时钟周期信号，SCK信号的一个跳变进行一位数据移位传输。

NSS（SlaveSelect）：从器件选择引脚，低电平有效。作为主器件，其NSS引脚置为高电平。作为从器件，其NSS引脚置为低电平，表示主器件选中了该从器件。任务7.1理解SPI的通用知识7.1.2SPI的通信过程与通信时序

时钟信号涉及时钟极性和时钟相位的问题，时钟极性决定了当没有数据传输（空闲）时，时钟信号SCK的空闲状态电平是高电平还是低电平。时钟相位决定了在时钟信号SCK的第1个边沿或第2个边沿捕获和锁存数据。图7-2给出了CPOL和CPHA的4种组合对应的SPI通信时序。

注意：SPI主器件和从器件必须使用相同的时钟极性和时钟相位，才能正常通信。

【知识巩固】

（1）SPI通信涉及几个引脚？分别代表什么含义？

（2）如何区分SPI主器件和从器件？任务7.1理解SPI的通用知识任务7.2掌握MCU的SPI底层驱动构件使用方法7.2.1MCU的SPI主要特性和引脚

STM32F103C8T6中有

2个SPI模块：SPI1和SPI2。既支持全双工通信，也支持半双工通信和单工通信。支持单主单从、一主多从和多主通信方式。可选择4种不同的时钟极性和时钟相位组合。支持SPI软件设置NSS引脚电平，设置主从模式。SPI1使用的引脚，见

spi.h中的宏定义任务7.2掌握MCU的SPI底层驱动构件使用方法7.2.2MCU的SPI底层驱动构件的组成及使用方法SPI具有初始化、发送和接收三种基本操作。其中，SPI发送是主动任务，不必采用中断方式；而SPI接收是被动任务，为了确保及时接收到对方发送来的每帧数据，一般采用中断方式。

SPI底层驱动构件由spi.h头文件和spi.c源文件组成，若要使用SPI底层驱动构件，只需将这两个文件添加到所建工程的04_Driver（MCU底层驱动构件）文件夹中，即可实现对SPI的操作。见工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx

其中，spi.h头文件主要包括相关头文件的包含、一些必要的宏定义、对外接口函数的声明，而spi.c源文件则是对外接口函数的具体实现，初学者不必深究。

用户只要熟悉spi.h头文件的内容，即可使用SPI底层驱动构件进行编程。【学以致用】

根据spi.h头文件，写出实现下列功能的函数调用语句。

（1）将SPI1初始化主模式，波特率为1000kbit/s。

（2）通过SPI1发送1个字符'A'。

（3）通过SPI1发送保存在数组str中的字符串"ABCDEFG"。

（4）使能SPI2接收中断。

（5）通过SPI2接收1个字符，将其保存至变量re_data中，并将接收标志保存至变量re_flag中。任务7.2掌握MCU的SPI底层驱动构件使用方法7.2.2MCU的SPI底层驱动构件的组成及使用方法任务7.3SPI多机通信的应用层程序设计

用同一个STM32F103C8T6芯片中的SPI1（作为主器件）和SPI2（作为从器件），在嵌入式软件最小系统框架下，设计07_Source（应用层软件构件）的文件，以实现：SPI1向SPI2发送数据，SPI2接收数据并通过UART将接收到的数据发送至PC显示。1）工程总头文件includes.h：

包含04、05、06文件夹中的头文件2）主程序源文件main.c：

定义字符数组（存放待发送的字符型数据）；

初始化（UART、SPI）；使能SPI2接收中断；

在主循环中，SPI1通过SPI发送函数向SPI2发送数据在工程文件中分析代码并编程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx【思路总结】请画出上述程序的设计和执行流程图。3）中断服务程序源文件isr.c：在SPI2接收中