第五十一章：SPI-全双工通信，硬件控制NSS模式

草帽王子

CH32V103应用教程——

SPI-全双工通信，硬件控制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，并采用硬件控制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，其软件配置过程在第50章已经介绍，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，且由于采用硬件控制NSS方式，因此需要将两个开发板对应NSS引脚PA4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，且采用硬件控制NSS方式，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 u16 TxData[Size];
    
17. extern u16 RxData[Size];
    
18. 
    
19. void SPI_FullDuplex_Init(void);
    
20. 
    
21. #endif

复制代码

spi.c文件

1. #include "spi.h"
   
2. 
   
3. /* Global Variable */
   
4. 
   
5. u16 TxData[Size] = { 0x0101, 0x0202, 0x0303, 0x0404, 0x0505, 0x0606,
   
6.                      0x1111, 0x1212, 0x1313, 0x1414, 0x1515, 0x1616,
   
7.                      0x2121, 0x2222, 0x2323, 0x2424, 0x2525, 0x2626 };
   
8. u16 RxData[Size];
   
9. 
   
10. /*******************************************************************************
    
11. * Function Name  : SPI_FullDuplex_Init
    
12. * Description    : Configuring the SPI for full-duplex communication.
    
13. * Input          : None
    
14. * Return         : None
    
15. *******************************************************************************/
    
16. void SPI_FullDuplex_Init(void)
    
17. {
    
18.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
19.     SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
    
20. 
    
21.     RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE );
    
22. 
    
23. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    
24.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    
25.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    
26.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
27.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    
28. 
    
29.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    
30.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    
31.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
32.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    
33. 
    
34.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    
35.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    
36.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    
37. 
    
38.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
    
39.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    
40.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
41.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    
42. 
    
43. #elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    
44.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    
45.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    
46.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    
47. 
    
48.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    
49.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    
50.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    
51. 
    
52.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    
53.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    
54.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
55.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    
56. 
    
57.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
    
58.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    
59.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    
60. 
    
61. #endif
    
62. 
    
63.     SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
    
64. 
    
65. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    
66.     SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    
67. 
    
68. #elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    
69.     SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Slave;
    
70. 
    
71. #endif
    
72. 
    
73.     SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_16b;
    
74.     SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
    
75.     SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
    
76.     SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Hard;
    
77.     SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64;
    
78.     SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_LSB;
    
79.     SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
    
80.     SPI_Init( SPI1, &SPI_InitStructure );
    
81. 
    
82.     SPI_SSOutputCmd( SPI1, ENABLE );
    
83. 
    
84.     SPI_Cmd( SPI1, ENABLE );
    
85. }

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，且采用硬件控制NSS引脚，因此需要对主机和从机的NSS引脚、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

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. #include "string.h"
    
12. 
    
13. /*
    
14. *@Note
    
15. 硬件NSS模式，Master/Slave 模式数据收发：
    
16. Master：SPI1_NSS(PA4)、SPI1_SCK(PA5)、SPI1_MISO(PA6)、SPI1_MOSI(PA7)。
    
17. Slave ：SPI1_NSS(PA4)、SPI1_SCK(PA5)、SPI1_MISO(PA6)、SPI1_MOSI(PA7)。
    
18. 
    
19. 本例程演示在硬件 NSS 模式下，Master 和 Slave 同时全双工收发。
    
20. 注：两块板子分别下载 Master 和 Slave 程序，同时上电。
    
21.        硬件连线：PA4 —— PA4
    
22.             PA5 —— PA5
    
23.             PA6 —— PA6
    
24.             PA7 —— PA7
    
25. */
    
26. /*******************************************************************************
    
27. * Function Name  : main
    
28. * Description    : Main program.
    
29. * Input          : None
    
30. * Return         : None
    
31. *******************************************************************************/
    
32. int main(void)
    
33. {
    
34.     u8 i=0;
    
35.     u8 j=0;
    
36.     u8 value;
    
37. 
    
38.     Delay_Init();
    
39.     USART_Printf_Init(115200);
    
40.     printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
    
41. 
    
42. #if (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    
43.     printf("Slave Mode\r\n");
    
44.     Delay_Ms(1000);
    
45. 
    
46. #endif
    
47. 
    
48.     SPI_FullDuplex_Init();
    
49. 
    
50. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    
51.     printf("Host Mode\r\n");
    
52.     Delay_Ms(2000);
    
53. 
    
54. #endif
    
55. 
    
56.     while(1)
    
57.     {
    
58.         while( ( i<18 ) || ( j<18 ))
    
59.         {
    
60.             if( i<18 )
    
61.             {
    
62.                 if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE ) != RESET )
    
63.                 {
    
64.                     SPI_I2S_SendData( SPI1, TxData[i] );
    
65.                     i++;
    
66.                 }
    
67.             }
    
68. 
    
69.             if( j<18 )
    
70.             {
    
71.                 if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE ) != RESET )
    
72.                 {
    
73.                     RxData[j] = SPI_I2S_ReceiveData( SPI1 );
    
74.                     j++;
    
75.                 }
    
76.             }
    
77.         }
    
78. 
    
79.         for( i=0; i<18; i++ )
    
80.         {
    
81.          printf( "Rxdata:%04x\r\n", RxData[i] );
    
82.         }
    
83. 
    
84.         value = memcmp( TxData, RxData, Size );
    
85. 
    
86.         if( value == 0 )
    
87.         {
    
88.             printf( "Same\r\n" );
    
89.         }
    
90.         else
    
91.         {
    
92.             printf( "Different\r\n" );
    
93.         }
    
94. 
    
95.         while(1);
    
96.     }
    
97. }
    
98. 
    

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：

从机打印：

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完

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