第四十八章：SPI-单工通信（1条时钟线和1条单向数据线）

草帽王子

CH32V103应用教程——SPI-单工通信（1条时钟线和1条单向数据线），主机发送从机接收

本章教程主要在SPI单工通信方式下进行1条时钟线和1条单向数据线配置，并进行主机发送从机接收。


1、SPI简介及相关函数介绍

关于SPI单工通信模式下1条时钟线和1条单向数据线配置介绍，在第46章已经进行介绍，在此不再赘述。
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

本章教程主要在SPI单工通信模式下选择1条时钟线和1条单向数据线进行主机发送从机接收实验，需用到两个开发板，且由于采用1条时钟线和1条单向数据线配置，因此主设备和从设备均使用MOSI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，将主设备PA7引脚与从设备PA7引脚连接起来，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单工通信模式1条时钟线和1条单向数据线配置下的主机发送从机接收实验，具体程序如下：
spi.h文件

1. #ifndef __SPI_H
   
2. #define __SPI_H
   
3. 
   
4. #include "ch32v10x_conf.h"
   
5. 
   
6. /* SPI Mode Definition */
   
7. #define HOST_MODE    0
   
8. #define SLAVE_MODE   1
   
9. 
   
10. /* SPI Communication Mode Selection */
    
11. #define SPI_MODE   HOST_MODE
    
12. //#define SPI_MODE   SLAVE_MODE
    
13. 
    
14. #define  Size  18
    
15. 
    
16. extern volatile u8 Txval;
    
17. extern volatile u8 Rxval;
    
18. extern u16 TxData[Size];
    
19. extern u16 RxData[Size];
    
20. 
    
21. void SPI_1Lines_HalfDuplex_Init(void);
    
22. void SPI1_IRQHandler(void);
    
23. 
    
24. #endif

复制代码

spi.h文件主要进行相关宏定义和函数声明；
spi.c文件

1. #include "spi.h"
   
2. 
   
3. /* Global Variable */
   
4. volatile u8 Txval=0, Rxval=0;
   
5. 
   
6. u16 TxData[Size] = { 0x0101, 0x0202, 0x0303, 0x0404, 0x0505, 0x0606,
   
7.                      0x1111, 0x1212, 0x1313, 0x1414, 0x1515, 0x1616,
   
8.                      0x2121, 0x2222, 0x2323, 0x2424, 0x2525, 0x2626 };
   
9. u16 RxData[Size];
   
10. 
    
11. void SPI1_IRQHandler(void) __attribute__((interrupt("WCH-Interrupt-fast")));
    
12. 
    
13. /*******************************************************************************
    
14. * Function Name  : SPI_1Lines_HalfDuplex_Init
    
15. * Description    : Configuring the SPI for half-duplex communication.
    
16. * Input          : None
    
17. * Return         : None
    
18. *******************************************************************************/
    
19. void SPI_1Lines_HalfDuplex_Init(void)
    
20. {
    
21.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
22.     SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;
    
23.     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
24. 
    
25.     RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE );
    
26. 
    
27. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    
28.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    
29.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
    
30.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
31.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    
32. 
    
33.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
    
34.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    
35.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
36.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    
37. 
    
38. #elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    
39.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    
40.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;  //浮空输入
    
41.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    
42. 
    
43.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
    
44.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    
45.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    
46. #endif
    
47. 
    
48. 
    
49. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    
50.     //SPI单工通信（1条时钟线和1条单向数据线），只发送模式下，配置为全双工模式，SPI_Direction_2Lines_FullDuplex值为0x0000，即配置SPI控制寄存器位15 BIDIMODE位 为0（双线双向模式）、位10 RXONLY位为0（全双工模式）
    
51.     SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
    
52.     SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;  //配置为主机模式
    
53. 
    
54. #elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    
55.     //SPI单工通信（1条时钟线和1条单向数据线），只接收模式下，配置为全双工模式下只接收，SPI_Direction_2Lines_RxOnly值为0x0400，即配置SPI控制寄存器位15 BIDIMODE位 为0（双线双向模式）、位10 RXONLY位为1（只接收，单工模式）
    
56.     SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_RxOnly;
    
57.     SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Slave;   //配置为从机模式
    
58. 
    
59. #endif
    
60. 
    
61.     SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_16b;  //设置SPI通讯数据帧大小
    
62.     SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;   //设置时钟极性
    
63.     SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;  //设置时钟相位
    
64.     SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;     //设置NSS引脚（即片选引脚）的使用模式
    
65.     SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64;  //设置波特率分频因子
    
66.     SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;  //设置数据传输高位在前
    
67.     SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;      //设置用于CRC计算的多项式
    
68.     SPI_Init( SPI1, &SPI_InitStructure );
    
69. 
    
70.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SPI1_IRQn;
    
71.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
    
72.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    
73.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    
74.     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
75. 
    
76. 
    
77. #if (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    
78.     SPI_I2S_ITConfig( SPI1, SPI_I2S_IT_RXNE , ENABLE ); //使能开启SPI1接收中断
    
79. 
    
80. #endif
    
81. 
    
82.     SPI_Cmd( SPI1, ENABLE );
    
83. }
    
84. 
    
85. /*******************************************************************************
    
86. * Function Name  : SPI1_IRQHandler
    
87. * Description    : This function handles SPI1 exception.
    
88. * Input          : None
    
89. * Return         : None
    
90. *******************************************************************************/
    
91. void SPI1_IRQHandler(void)
    
92. {
    
93. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    
94. 
    
95.     if( SPI_I2S_GetITStatus( SPI1, SPI_I2S_IT_TXE ) != RESET )  //发送缓冲区非空
    
96.     {
    
97.         SPI_I2S_SendData( SPI1, TxData[Txval++] );  //发送数据
    
98.         if( Txval == 18 )
    
99.         {
    
100.             SPI_I2S_ITConfig( SPI1, SPI_I2S_IT_TXE , DISABLE );  //关闭发送中断
     
101.         }
     
102.     }
     
103. 
     
104. #elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
     
105. 
     
106.     if( Rxval<18 )
     
107.     {
     
108.         if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE ) != RESET )  //接收缓冲区非空
     
109.         {
     
110.             RxData[Rxval++] = SPI_I2S_ReceiveData( SPI1 );  //接收数据
     
111.         }
     
112.     }
     
113. 
     
114. #endif
     
115. }
     
116. 
     

复制代码

spi.c文件主要包括两个函数：SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数和SPI1_IRQHandler函数。SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数主要进行SPI1单工通信模式1条时钟线和1条单向数据线配置下的主机发送从机接收配置。

首先，由于选择1条时钟线和1条单向数据线配置，在这种配置下，主机和从机均需要用到SCK引脚和MOSI引脚，此处，由于用到SPI1，对应SCK引脚为PA5，MOSI引脚为PA7，因此，在SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数中首先对主机和从机对应GPIO引脚进行初始化配置，此处需要注意，由于是主机发送从机接收，需要将主机PA7引脚设置为复用推挽输出模式，从机PA7引脚设置为浮空输入模式。

此外，由于主机作为发送，从机作为接收，此处在SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数中需要对SPI进行主机发送和从机接收初始化配置，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。

此处需要注意的是，在SPI单工通信1条时钟线和1条单向数据线配置模式下，SPI可以作为只发送，或者作为只接收。
只发送：此种模式类似于全双工模式（SPI控制寄存器1 BIDIMODE=0，RXONLY=0），数据在发送引脚(主模式时是MOSI、从模式时是MISO)上传输，而接收引脚(主模式时是MISO、从模式时是MOSI)可以作为通用的I/O使用。此时，软件不必理会接收缓冲器中的数据(如果读出数据寄存器，它不包含任何接收数据)。

只接收：此种模式可通过将SPI控制寄存器1的RXONLY位置1配置为禁止输出（只接收模式），此时，发送引脚(主模式时是MOSI、从模式时是MISO)被释放，可以作为其它功能使用。

在只接收情况下，SPI的配置方式为：
在主模式时：使能SPI后，启动数据通信，当SPI控制寄存器1 SPE位置0后禁用SPI，停止接收。在这种模式下，SPI状态寄存器位7 BSY始终为1，因此不必读取BSY标志。

在从模式时：只要NSS被拉低(或在NSS软件模式时， SPI控制寄存器1 SSI位为‘0’)同时SCK有时钟脉冲，SPI就一直在接收。
SPI1_IRQHandler函数为SPI1中断服务函数，主要进行主机模式下的数据发送和从机模式下的数据接收。

main.c文件

1. /********************************** (C) COPYRIGHT *******************************
   
2. * File Name          : main.c
   
3. * Author             : WCH
   
4. * Version            : V1.0.0
   
5. * Date               : 2020/04/30
   
6. * Description        : Main program body.
   
7. *******************************************************************************/
   
8. 
   
9. #include "debug.h"
   
10. #include "spi.h"
    
11. 
    
12. /*******************************************************************************
    
13. * Function Name  : main
    
14. * Description    : Main program.
    
15. * Input          : None
    
16. * Return         : None
    
17. *******************************************************************************/
    
18. int main(void)
    
19. {
    
20.     u8 i;
    
21. 
    
22.     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
    
23.     Delay_Init();
    
24.     USART_Printf_Init(115200);
    
25.     printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
    
26. 
    
27.     SPI_1Lines_HalfDuplex_Init();
    
28. 
    
29. #if (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    
30.     printf("SLAVE Mode\r\n");
    
31.     Delay_Ms(1000);
    
32. 
    
33. #endif
    
34. 
    
35. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    
36.     printf("HOST Mode\r\n");
    
37.     Delay_Ms(2000);
    
38.     SPI_I2S_ITConfig( SPI1, SPI_I2S_IT_TXE , ENABLE );
    
39. 
    
40. #endif
    
41. 
    
42.     while(1)
    
43.     {
    
44. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    
45.         while( Txval<18 );
    
46. 
    
47.         while( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE ) != RESET )
    
48.         {
    
49.             if(SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY ) == RESET)
    
50.             {
    
51.                 SPI_Cmd( SPI1, DISABLE );
    
52.                 printf("Tx END!\n");
    
53.                 while(1);
    
54.             }
    
55.         }
    
56. 
    
57. #elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    
58.         while( Rxval<18 );
    
59. 
    
60.         for( i=0; i<18; i++ )
    
61.         {
    
62.             printf( "Rxdata:%04x\r\n", RxData[i] );
    
63.         }
    
64. 
    
65.         while(1);
    
66. 
    
67. #endif
    
68.     }
    
69. }
    
70. 
    

复制代码

main.c文件主要进行函数初始化以及主机模式下的发送结束提示以及从机模式下的接收数据打印输出。


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PA7引脚与从机PA7引脚进行连接，开发板上电后，串口打印如下：
主机打印：

从机打印：

SPI-单工通信（1条时钟线和1条单向
47、SPI-单工通信（1条时钟线和1条单向数据线），主机发送从机接收.rar.rar.rar (483.8 KB, 下载次数: 9)

2021-9-10 17:37 上传

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完