嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可移植和可復(fù)用，嵌入式硬件和嵌入式軟件均采用構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思想，即對嵌入式硬件和嵌入式軟件進(jìn)行封裝，供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者調(diào)用，并倡導(dǎo)嵌入式軟件分層設(shè)計(jì)的理念，以大幅度降低嵌入式技術(shù)學(xué)習(xí)難度和開發(fā)難度。

本書特色：項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動，突出學(xué)以致用，注重實(shí)踐創(chuàng)新。每個項(xiàng)目且均采用了“通用知識”→“嵌入式構(gòu)件設(shè)計(jì)”→“應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)”→“學(xué)以致用與創(chuàng)新”的學(xué)習(xí)流程。采用“搭積木”的思想，逐步提高嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

本書可作為高等學(xué)校電子信息類、計(jì)算機(jī)類、自動化類等專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教材，也可作為嵌入式技術(shù)培訓(xùn)教材，還可供從事嵌入式技術(shù)開發(fā)的工程技術(shù)人員參考。項(xiàng)目1：GPIO基礎(chǔ)應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)閃燈和開關(guān)狀態(tài)檢測與控制功能項(xiàng)目2：利用定時中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈項(xiàng)目3：GPIO和定時器的綜合應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、鍵盤測控、測溫功能項(xiàng)目4：利用UART實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信項(xiàng)目5：利用

Timer

實(shí)現(xiàn)PWM和輸入捕獲功能項(xiàng)目6：利用

ADC

設(shè)計(jì)簡易數(shù)字電壓表項(xiàng)目7：利用SPI實(shí)現(xiàn)多機(jī)串行通信項(xiàng)目8：利用

CAN

實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信教

材

內(nèi)

容

項(xiàng)目7利用SPI實(shí)現(xiàn)多機(jī)串行通信【項(xiàng)目導(dǎo)讀】

SPI（SerialPeripheralInterface，串行外設(shè)接口）是同步串行總線接口，已經(jīng)成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。通過SPI，可以實(shí)現(xiàn)多個MCU之間的串行通信，也可以實(shí)現(xiàn)MCU與其他帶有SPI接口的外部器件（如A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、LCD、OLED等）之間的串行通信?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】（1）理解SPI的通用知識，包括SPI的相關(guān)概念、SPI的通信過程與通信時序。（2）熟悉MCU的SPI主要特性和引腳，掌握MCU的SPI底層驅(qū)動構(gòu)件的使用方法。（3）能夠利用MCU的SPI底層驅(qū)動構(gòu)件頭文件進(jìn)行SPI多機(jī)通信的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)與測試。*（4）熟悉MCU的SPI底層驅(qū)動構(gòu)件源文件的設(shè)計(jì)方法。任務(wù)7.1理解SPI的通用知識7.1.1SPI的相關(guān)概念

在SPI應(yīng)用系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)啟動SPI通信和產(chǎn)生SPI時鐘信號的器件是主器件，其他器件是從器件。SPI可以工作于單主單從、一主多從或多主方式，其中最常用的SPI單主單從全雙工通信應(yīng)用系統(tǒng)如圖所示。

MISO（MasterInputSlaveOutput）：主輸入/從輸出數(shù)據(jù)。

MOSI（MasterOutputSlaveInput）：主輸出/從輸入數(shù)據(jù)。

SCK（SerialClock）：由主器件產(chǎn)生和輸出串行時鐘。通信速率由主器件控制，在主器件啟動一次數(shù)據(jù)傳送的過程中，在SCK引腳輸出自動產(chǎn)生的8個時鐘周期信號，SCK信號的一個跳變進(jìn)行一位數(shù)據(jù)移位傳輸。

NSS（SlaveSelect）：從器件選擇引腳，低電平有效。作為主器件，其NSS引腳置為高電平。作為從器件，其NSS引腳置為低電平，表示主器件選中了該從器件。任務(wù)7.1理解SPI的通用知識7.1.2SPI的通信過程與通信時序

時鐘信號涉及時鐘極性和時鐘相位的問題，時鐘極性決定了當(dāng)沒有數(shù)據(jù)傳輸（空閑）時，時鐘信號SCK的空閑狀態(tài)電平是高電平還是低電平。時鐘相位決定了在時鐘信號SCK的第1個邊沿或第2個邊沿捕獲和鎖存數(shù)據(jù)。圖7-2給出了CPOL和CPHA的4種組合對應(yīng)的SPI通信時序。

注意：SPI主器件和從器件必須使用相同的時鐘極性和時鐘相位，才能正常通信。

【知識鞏固】

（1）SPI通信涉及幾個引腳？分別代表什么含義？

（2）如何區(qū)分SPI主器件和從器件？任務(wù)7.1理解SPI的通用知識任務(wù)7.2掌握MCU的SPI底層驅(qū)動構(gòu)件使用方法7.2.1MCU的SPI主要特性和引腳

STM32F103C8T6中有

2個SPI模塊：SPI1和SPI2。既支持全雙工通信，也支持半雙工通信和單工通信。支持單主單從、一主多從和多主通信方式。可選擇4種不同的時鐘極性和時鐘相位組合。支持SPI軟件設(shè)置NSS引腳電平，設(shè)置主從模式。SPI1使用的引腳，見

spi.h中的宏定義任務(wù)7.2掌握MCU的SPI底層驅(qū)動構(gòu)件使用方法7.2.2MCU的SPI底層驅(qū)動構(gòu)件的組成及使用方法SPI具有初始化、發(fā)送和接收三種基本操作。其中，SPI發(fā)送是主動任務(wù)，不必采用中斷方式；而SPI接收是被動任務(wù)，為了確保及時接收到對方發(fā)送來的每幀數(shù)據(jù)，一般采用中斷方式。

SPI底層驅(qū)動構(gòu)件由spi.h頭文件和spi.c源文件組成，若要使用SPI底層驅(qū)動構(gòu)件，只需將這兩個文件添加到所建工程的04_Driver（MCU底層驅(qū)動構(gòu)件）文件夾中，即可實(shí)現(xiàn)對SPI的操作。見工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx

其中，spi.h頭文件主要包括相關(guān)頭文件的包含、一些必要的宏定義、對外接口函數(shù)的聲明，而spi.c源文件則是對外接口函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，初學(xué)者不必深究。

用戶只要熟悉spi.h頭文件的內(nèi)容，即可使用SPI底層驅(qū)動構(gòu)件進(jìn)行編程。【學(xué)以致用】

根據(jù)spi.h頭文件，寫出實(shí)現(xiàn)下列功能的函數(shù)調(diào)用語句。

（1）將SPI1初始化主模式，波特率為1000kbit/s。

（2）通過SPI1發(fā)送1個字符'A'。

（3）通過SPI1發(fā)送保存在數(shù)組str中的字符串"ABCDEFG"。

（4）使能SPI2接收中斷。

（5）通過SPI2接收1個字符，將其保存至變量re_data中，并將接收標(biāo)志保存至變量re_flag中。任務(wù)7.2掌握MCU的SPI底層驅(qū)動構(gòu)件使用方法7.2.2MCU的SPI底層驅(qū)動構(gòu)件的組成及使用方法任務(wù)7.3SPI多機(jī)通信的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)

用同一個STM32F103C8T6芯片中的SPI1（作為主器件）和SPI2（作為從器件），在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，以實(shí)現(xiàn)：SPI1向SPI2發(fā)送數(shù)據(jù)，SPI2接收數(shù)據(jù)并通過UART將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送至PC顯示。1）工程總頭文件includes.h：

包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

定義字符數(shù)組（存放待發(fā)送的字符型數(shù)據(jù)）；

初始化（UART、SPI）；使能SPI2接收中斷；

在主循環(huán)中，SPI1通過SPI發(fā)送函數(shù)向SPI2發(fā)送數(shù)據(jù)在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx【思路總結(jié)】請畫出上述程序的設(shè)計(jì)和執(zhí)行流程圖。3）中斷服務(wù)程序源文件isr.c：在SPI2接收中