GD32系列笔记三模拟SPI通信

目录

一、项目需求

二、SPI简介与通信原理

三、XL74HC165介绍

四、程序设计

五、总结

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一、项目需求

GD32F150RCT6与PC的几十个按键通信，查询按键状态，当有按键被按下时触发蜂鸣器，并把按键的状态和编号返回给PC。为了节省IO口，把所有按键的信号通过XL74HC165芯片转成串行信号，用spi的协议传输给GD32。托硬件设计方案的福，一会用硬件SPI一会用模拟SPI，来回变动几次，于是把软、硬SPI都测试写了。这里先放出模拟SPI的配置。

二、SPI简介与通信原理

1. SPI介绍：SPI 是英语 Serial Peripheral interface 的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是一种高速、全双工，同步的通信总线。

2. 提供时钟的为主设备（Master），接收时钟的设备为从设备（Slave）。

3. SPI通信有4条线，单向通信时3条线，少了一条数据线，分别是：

MOSI: 主设备数据输出，从设备数据输入

MISO: 主设备数据输入，从设备数据输出

SCLK: 时钟，由主设备发出

CS: 片选，使能片选时，主机对从机的操作才有效。一般情况片选信号为低电平有效，具体要看通信芯片的规格书。

4. 物理接线图

5. SPI通信原理

（1）主机使能片选CS信号（一般是拉低），启动通信

（2）主机向从机发送时钟信号，告诉从机开始读写操作

（3）主机将要发送的数据写到发送缓冲区memory,缓冲区经过移位寄存器（缓存长度不一定，看单片机配置）串行移位寄存器通过MOSI线将字节一位一位的传给从机，同时MISO也将接收到的数据经过移位寄存器一位一位的移到接收缓冲区

（4）从机（Slave）也将自己的串行移位寄存器（缓存长度不一定，看单片机配置）中的内容通过MISO信号线返回给主机。同时通过MOSI信号线接收主机发送的数据，这样，两个移位寄存器中的内容就被交换

（5）SPI只有主模式和从模式之分，没有读和写的说法，外设的写操作和读操作是同步完成的。若只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节（虚拟数据）；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。也就是说，你发一个数据必然会收到一个数据；你要收一个数据必须也要先发一个数据。

6. SPI的模式

（1）时钟极性：CKP或CPOL

• CPOL= 0：表示当SCLK=0时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于高电平时
• CPOL= 1：表示当SCLK=1时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于低电平时

（2）时钟相位：CKE或者PCHA

• 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。在第2个边沿发送数据
• 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。在第1个边沿发送数据

（3）根据时钟极性和时钟相位的排列组合，SPI的模式有四种

        Mode0：CPOL=0，PCHA=0：当空闲态时，SCK处于低电平，数据采样是在第1个边沿，也就是SCK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在上升沿（准备数据），（发送数据）数据发送是在下降沿。
        Mode1：CPOL=0，PCHA=1：当空闲态时，SCK处于低电平，数据发送是在第2个边沿，也就是SCK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在下降沿，数据发送是在上升沿。
        Mode2：CPOL=1，PCHA=0：当空闲态时，SCK处于高电平，数据采集是在第1个边沿，也就是SCK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在下降沿，数据发送是在上升沿。
        Mode3：CPOL=1，PCHA=1：当空闲态时，SCK处于高电平，数据发送是在第2个边沿，也就是SCK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在上升沿，数据发送是在下降沿。

举例mode0：

7.参考
http://t.csdn.cn/y10M7

http://t.csdn.cn/b67yS

三、XL74HC165介绍

1.芯片数据手册信息提取

 

 

由数据手册可总结出的信息：

（1）时钟有效：时钟上升沿有效，且当SH/LD保持高，CLK INH为低；

（2）数据加载： SH/LD为低时，并行数据加载进A-H寄存器，此时不用管CLK、CLK INH的电平高低；当 SH/LD为高时，禁止并行数据加载；

（3）芯片时钟使能：当CLK INH为低时,CLK使能；当CLK INH为高时，CLK失能。

（4）最后一张图片有两个信息：

          时芯片支持的时钟频率：根据项目实际工矿，vcc=3.3V, 工作温度70度左右，选择配置SPI的时钟频率小于18MHZ，模拟SPI不用考虑这一点。

         时序上各个信号的脉冲保持时间、相移时间有说明，这个模拟SPI需要看看，这种ns级别的延时一个_nop()即可，实测GD32F150C8T6的空指令周期为200ns，而表格数据结合实际项目只需100ns左右的延时，空指令完全满足需求。

四、程序设计

(1)明确一点，模拟SPI的意思是是要去模拟一个配合74HC165芯片的时序的单片机外设，恰好165芯片的时序用的是SPI，所以叫模拟SPI，如果与单片机通信的芯片是IIC协议，那就叫模拟IIC.

(2)程序流程图

(3)源码

 

 

（4）源码说明

         初始化IO口，使能时钟用的RCC_GPIOx和模式配置的GPIOx名字不能搞混，使能两个IO时不可以用RCC_GPIOA | RCC_GPIOB 的方式，否则编译有警告，实际执行也有问题，原因暂时没有去深究。

五、总结

         1. SPI是全双工、同步的通信总线，物理接口是四线制的，单向通信时只用到条三线，通信方式是主从模式，谁发出时钟谁是主机。

         2 .SPI可以选择2种时钟极性和2种时钟相位，可以组合出4种通信模式，不同模式之间有两种不同之处：一是时钟空闲电平的高低不同，二是开始采用和发送的时钟边沿不同，其实就是采样和发送的先后顺序不同。

        3. XL74HC165是并转串的芯片，每个芯片可以把8个物理按键信号进行并行写入，串行输出出到单片机，节省了大量IO口，该芯片时序采用SPI的协议。

        4. 为了提高程序的实时性，使用了定时器溢出计数 状态机的方式做蜂鸣器延时，而不是开发板DEMO里的delay（）函数。这是第一次使用状态机emmmmmm.....

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