SPI，全稱為 Serial Peripheral Interface（串行外設(shè)接口），是一種用于短距離通信的同步串行通信接口，主要應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)。

SPI的應(yīng)用場(chǎng)合很廣，顯示模組、時(shí)鐘芯片、存儲(chǔ)芯片、溫度傳感器等眾多器件都有使用SPI接口通信。

這些器件通常作為從設(shè)備，單片機(jī)作為主設(shè)備來控制它們，今天就結(jié)合STM32來分析一下SPI常見通信有異常的問題。

STM32 SPI基礎(chǔ)內(nèi)容

絕大部分STM32芯片都有多個(gè)SPI外設(shè)，它可與外部SPI器件進(jìn)行半雙工/全雙工同步串行通信。 1. SPI特性

三條線全雙工、雙線單工同步傳輸

支持 8 位或 16 位傳輸幀格式選擇

支持主模式或從模式操作

可編程的時(shí)鐘極性和相位

支持 MSB 或 LSB 數(shù)據(jù)順序

支持DMA收發(fā)數(shù)據(jù)

更多特性請(qǐng)查閱《STM32參考手冊(cè)》。

2. 引腳描述

MISO：主輸入/從輸出數(shù)據(jù)；

MOSI：主輸出/從輸入數(shù)據(jù)；

SCK：時(shí)鐘（主輸出，從輸入時(shí)鐘）；

NSS：從器件選擇，可理解片選信號(hào)；

3. SPI時(shí)序

SPI的時(shí)序中有兩個(gè)參數(shù)需要注意，那就是時(shí)鐘相位和時(shí)鐘極性。在STM32中，SPI時(shí)序由CPOL 和 CPHA 這兩位來決定。

通過軟件配置這兩個(gè)參數(shù)，可分為四種時(shí)序關(guān)系，如下圖：

4. 數(shù)據(jù)幀格式

串行同行數(shù)據(jù)傳輸分為 MSB 和 LSB，也就是最高有效位在前，還是最低有效位在前。（注：最左邊的比特位即為最高有效位）。

比如傳輸一個(gè)字節(jié)：0x95（1001 0101）。

如果按照MSB（高位在前），則發(fā)送順序：1001 0101。

如果按照LSB（低位在前），則發(fā)送順序反過來：1010 1001。

STM32 SPI參數(shù)配置

通常STM32的SPI作為主機(jī)連接外部從機(jī)，要與從機(jī)建立正常通信，就必須與從機(jī)的參數(shù)匹配才行。

這里以【STM32作為SPI主機(jī)讀寫SPI Flash】為例，主要配置參數(shù)：雙向全雙工、主機(jī)模式、8位數(shù)據(jù)、MSB等。

1. 標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫配置

SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;


SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //雙向全雙工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;                      //主機(jī)模式
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;                  //8位數(shù)據(jù)
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;                        //時(shí)鐘極性：空閑為高
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;                       //時(shí)鐘相位：第2個(gè)時(shí)鐘沿捕獲
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;                          //軟件控制NSS信號(hào)
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4; //波特率預(yù)分頻值為4
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;                 //數(shù)據(jù)傳輸從 MSB 位開始
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial=7;


SPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure);

2. STM32CubeMX配置

首先選擇全雙工主機(jī)模式，然后再逐步配置下面參數(shù)。這里的波特率時(shí)鐘灰色不可配置，由你系統(tǒng)時(shí)鐘和分頻時(shí)鐘決定。

這些配置參數(shù)比較容易理解（英文清晰明了），若不懂可針對(duì)性查閱參考手冊(cè)。

STM32 SPI常見問題

雖說SPI相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但在實(shí)際應(yīng)用過程中還是會(huì)存在一些奇怪的問題，下面通過案例來分析SPI常見的一些問題。

問題一：NSS片選問題

有工程師使用硬件NSS控制從機(jī)，以為NSS信號(hào)是自動(dòng)控制，導(dǎo)致操作從設(shè)備失敗。

分析原因：STM32 SPI的NSS信號(hào)為片選信號(hào)，可“使能”為硬件控制（參看上面參數(shù)配置）。

但在應(yīng)用中同樣需要軟件操作才能控制NSS信號(hào)（高低），比如：

SPI_NSSInternalSoftwareConfig(SPI1, SPI_NSSInternalSoft_Set);

▲左右滑動(dòng)，查看完整代碼

解決辦法：按照通信時(shí)序，控制NSS信號(hào)高低（通常低有效）。

問題二：SPI引腳復(fù)用功能問題

STM32的SPI是一種復(fù)用功能，之前使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫的工程師容易遺漏復(fù)用功能的配置導(dǎo)致SPI不能使用。

分析原因：SPI有些引腳對(duì)應(yīng)的是特殊功能的引腳，比如：PB3（MISO）對(duì)應(yīng)的是 JTDO，如果不配置則默認(rèn)這個(gè)引腳的功能就是 JTDO的功能。

以前經(jīng)常存在這種問題，但現(xiàn)在通過工具STM32CubeMX配置時(shí)自動(dòng)配置了復(fù)用功能。

解決辦法：參考官方提供在初始化代碼中配置復(fù)用功能（同時(shí)，推薦使用HAL庫）。

GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_SPI1);
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_SPI1);

問題三：時(shí)鐘速率過高問題

有工程師購買一個(gè)通信為SPI的模塊，最高通信速率8MB/s，他使用10.5MB/s通信速率也能用，但偶爾會(huì)出現(xiàn)通信異常。

分析原因：一個(gè)芯片標(biāo)稱的最高速率其實(shí)是相對(duì)保守的值，在條件比較好的情況下超過了最高值也能用，但不能保證穩(wěn)定性。

STM32 SPI的時(shí)鐘頻率由系統(tǒng)時(shí)鐘和分頻決定，有的工程師沒有深入理解這些參數(shù)，發(fā)現(xiàn)能用就不管了。

如上章節(jié)中的21MB/s，如果修改系統(tǒng)時(shí)鐘，其實(shí)這個(gè)值會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化

解決辦法：最簡(jiǎn)單的辦法就是修改分頻值。同時(shí)，如果環(huán)境惡劣，建議使用屏蔽線。（在保證整個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的同時(shí)，盡量降低通信速率）

問題四：時(shí)鐘相位問題

有不少工程師在調(diào)試SPI時(shí)會(huì)遇到數(shù)據(jù)“移位”的問題，數(shù)據(jù)能收發(fā)為什么會(huì)出現(xiàn)這種問題呢？

分析原因：SPI通信時(shí)鐘由主機(jī)提供，本身上電時(shí)（主從）各自的信號(hào)就不穩(wěn)定，如果從機(jī)時(shí)鐘相位也不匹配，就會(huì)因?yàn)闀r(shí)鐘引起數(shù)據(jù)移位，或者異常的情況。

解決辦法：軟件上匹配SPI主從設(shè)備的時(shí)鐘相位，使用通信協(xié)議，CRC、 checksum校驗(yàn)等。

- 審核編輯：彭菁