第五十章：SPI-全双工通信，软件控制NSS模式

草帽王子 · 发表于 2021-4-28 20:40:39

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本帖最后由草帽王子于 2021-9-10 17:40 编辑

CH32V103应用教程——SPI-全双工通信，软件控制NSS模式

本章教程主要在SPI双线全双工模式下进行主从收发实验，并采用软件控制NSS方式。

1、SPI简介及相关函数介绍

关于SPI主从模式下的全双工发送和接收数据，其软件配置过程如下：
1、设置SPI控制寄存器1（SPIx_CTLR1）位6 SPE位置1，启用SPI；
2、在SPI数据寄存器（SPIx_DATAR）中写入第一个要发送的数据，此操作会清除SPI状态寄存器（SPI_SR）位1 TXE标志；
3、当SPI状态寄存器（SPI_SR）位1 TXE标志为1（表示发送缓冲区为空），写入第二个要发送的数据；当SPI状态寄存器（SPI_SR）位0 RXNE标志为1（表示接收缓冲区非空），读SPI数据寄存器（SPIx_DATAR）中的数据并同时清除RXNE标志位。重复上述操作，发送后续数据并同时接收后续数据（n-1个）；
4、等待SPI状态寄存器（SPI_SR）位0 RXNE标志为1（表示接收缓冲区非空），接收最后一个数据；
5、等待SPI状态寄存器（SPI_SR）位1 TXE标志位为1，在位7BSY标志位置0（SPI不在通讯）后关闭SPI模块。

注：也可以在响应RXNE或TXE标志的上升沿产生的中断的处理程序中实现这个过程。

关于CH32V103 SPI具体信息，可参考CH32V103应用手册。SPI标准库函数在第十五章节已介绍，在此不再赘述。

2、硬件设计

本章教程主要进行SPI主从模式下的全双工发送和接收数据，需用到两个开发板，且由于采用全双工模式，因此主设备和从设备均要使用MOSI引脚和MISO引脚以及SCK引脚进行通讯。此处使用外设为SPI1，主设备和从设备MOSI对应引脚均为PA7引脚、MISO对应引脚均为PA6引脚，将主设备PA6、PA7引脚与从设备PA6、PA7引脚一一对应连接起来，此外还需将两个开发板SPI1对应的SCK引脚PA5连接起来。
此外，由于两个开发板需要同时进行上电传输，因此将两个开发板的3.3V引脚和GND引脚进行连接。

3、软件设计

本章教程主要进行SPI主从模式下的全双工发送和接收数据，具体程序如下：

spi.h文件

#ifndef __SPI_H
#define __SPI_H
#include "ch32v10x_conf.h"
/* SPI Mode Definition */
#define HOST_MODE 0
#define SLAVE_MODE 1
/* SPI Communication Mode Selection */
#define SPI_MODE HOST_MODE
//#define SPI_MODE SLAVE_MODE
#define Size 18
extern u16 TxData[Size];
extern u16 RxData[Size];
void SPI_FullDuplex_Init(void);
#endif

复制代码

spi.c文件

#include "spi.h"
/* Global Variable */
u16 TxData[Size] = { 0x0101, 0x0202, 0x0303, 0x0404, 0x0505, 0x0606,
0x1111, 0x1212, 0x1313, 0x1414, 0x1515, 0x1616,
0x2121, 0x2222, 0x2323, 0x2424, 0x2525, 0x2626 };
u16 RxData[Size];
/*******************************************************************************
* Function Name : SPI_FullDuplex_Init
* Description : Configuring the SPI for full-duplex communication.
* Input : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void SPI_FullDuplex_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE );
#if (SPI_MODE == HOST_MODE)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
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;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
#elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
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_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
#endif
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //全双工模式
#if (SPI_MODE == HOST_MODE)
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
#elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Slave;
#endif
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_16b;
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //软件控制NSS
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64;
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_LSB;
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
SPI_Init( SPI1, &SPI_InitStructure );
SPI_Cmd( SPI1, ENABLE );
}

复制代码

spi.c文件主要包括1个函数：SPI_FullDuplex_Init函数。SPI_FullDuplex_Init函数主要进行SPI1全双工通信模式下的主机和从机配置。首先，由于采用全双工通信方式，且采用软件控制NSS引脚，因此需要对主机和从机的SCK引脚、MOSI引脚和MISO引脚进行GPIO初始化配置。此外，还需要进行主机和从机配置，此配置可根据CH32V103应用手册主模式和从模式配置步骤进行，主要对SPI通信的通信方向、主从模式、数据帧大小、时钟极性、时钟相位、NSS引脚使用方式、波特率等进行配置，可对照手册参考标准库函数ch32v10x_spi.c文件中SPI_Init函数进行配置。
main.c文件

/********************************** (C) COPYRIGHT *******************************
* File Name : main.c
* Author : WCH
* Version : V1.0.0
* Date : 2020/04/30
* Description : Main program body.
*******************************************************************************/
#include "debug.h"
#include "spi.h"
#include "string.h"
/*
*@Note
双线全双工模式，Master/Slave 模式数据收发：
Master：SPI1_SCK(PA5)、SPI1_MISO(PA6)、SPI1_MOSI(PA7)。
Slave ：SPI1_SCK(PA5)、SPI1_MISO(PA6)、SPI1_MOSI(PA7)。
本例程演示 Master 和 Slave 同时全双工收发。
注：两块板子分别下载 Master 和 Slave 程序，同时上电。
硬件连线：PA5 —— PA5
PA6 —— PA6
PA7 —— PA7
*/
/*******************************************************************************
* Function Name : main
* Description : Main program.
* Input : None
* Return : None
*******************************************************************************/
int main(void)
{
u8 i=0;
u8 j=0;
u8 value;
Delay_Init();
USART_Printf_Init(115200);
printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
SPI_FullDuplex_Init();
#if (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
printf("Slave Mode\r\n");
Delay_Ms(1000);
#endif
#if (SPI_MODE == HOST_MODE)
printf("Host Mode\r\n");
Delay_Ms(2000);
#endif
while(1)
{
while( ( i<18 ) || ( j<18 ))
{
if( i<18 )
{
if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE ) != RESET )
{
SPI_I2S_SendData( SPI1, TxData[i] );
i++;
}
}
if( j<18 )
{
if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE ) != RESET )
{
RxData[j] = SPI_I2S_ReceiveData( SPI1 );
j++;
}
}
}
for( i=0; i<18; i++ )
{
printf( "Rxdata:%04x\r\n", RxData[i] );
}
//将发送数据与接收数据进行比较，若相同，返回0，不同，则返回1
value = memcmp( TxData, RxData, Size );
if( value == 0 )
{
printf( "Same\r\n" );
}
else
{
printf( "Different\r\n" );
}
while(1);
}
}

复制代码

main.c文件主要进行主机和从机下的数据发送和接收。并将接收数据与发送数据进行对比，当发送数据与接收数据相同，输出same，若不同，输出different。

4、下载验证

将编译好的程序分别在主机模式和从机模式下下载到两个开发版，并将主机的引脚与从机的引脚一一对应进行连接，开发板上电后，串口打印如下：

主机打印：