如何使用SPI？如何对SPI的操作时序进行读写呢

前面已经总结过STM32Fxx的特点和传输过程，下面以nRF24L01+ 2.4GHz无线收发器为例，来说明如何使用SPI。
   
  一、nRF24L01+ 2.4GHz无线收发器的介绍
  1. 主要特性
  

• 全球2.4GHz ISM频段操作
  
• 250Kbps, 1Mbps, 2Mbps三种空中传输速率
  
• 超低功耗
  
• 输出功率为 0dBm时发射功耗为11.3mA
  
• 空中传输速率为2Mbps时接收功耗为13.5mA
  
• Power down模式功耗低至900nA, Standby-I模式功耗低至26uA
  
• 1.9~3.6V的电压工作范围
  
• 支持6个接收通道（地址）
  
• IO口能承受5V电压
  
• ±60ppm 16MHz晶体振荡器
  
• 4×4mm QFN封装
  
  

2. SPI操作时序
  2.1 读操作时序图
  




  图1. nRF24L01+ 读操作时序
  ①：发送指令+寄存器地址，都是从CSN（片选线，下同）的下降沿开始
  ②：主机（即STM32F4xx，下同）发送8位指令代码（C7~C0，下同）
  ③：不管主机发送何指令，从机（即nRF24L01+，下同)第一字节都会返回状态寄存器的值(寄存器0x07）
  ④：从机数据在每一个SCK的上升沿输出，首先输出的是第一字节（最低字节）的最高位，...，最后输出的是最高字节的最低位
  ⑤：读取操作都是以CSN的上升沿结束
  2.2 写操作时序
  




  图2. nRF24L01+ 写操作时序
  ①：同读操作
  ②：同读操作
  ③：同读操作
  ④：主机数据在每一个SCK的上升沿写入从机，首先写入的是第1个字节的最高位，...，最后写入的是最后一个字节的最低位
  ⑤：同读操作
   
  2.3 状态机
   




  图3. nRF24L01+ 状态图
  

• Power Down 模式
  
  

在该模式下，nRF24L01+的功耗最小，不能进行发送或者接收。但是所有寄存器的值保持不变，SPI处于有效状态，允许对寄存器，TX/RX FIFO进行操作，PWR_UP(此位在CONFIG寄存器中)清0即进入该状态。
  

• Standby-I 模式
  
  

将PWR_UP置1，即进入Standby-I模式，该模式既降低了nRF24L01+的平均功耗，同时又保持尽可能短的启动时间，将CE置1然后后清0，就可以进入TX/RX模式，然后又返回到Standby-I模式。
  

• Standby-II 模式
  
  

当nRF24L01+设置为接收机（PTX），并且CE=1，TX FIFO为空时即进入该模式。相比Standby-I模式，这种模式相对耗电，一旦发送FIFO有新数据，就会立即将数据打包发送出去。
  

• TX 模式
  
  

进入该模式需要满足以下条件：
  

• PWR_UP=1
  
• PRIM_RX=0
  
• TX FIFO不为空
  
• CE=1脉冲宽度超过10us
  
• RX 模式
  
  

进入该模式需要满足以下条件
  

• PWR_UP=1
  
• PRIM_RX=1
  
• CE=1
  
  

  二、程序实现
  根据上面nRF24L01+的时序，结合前面介绍的STM32F4xx SPI的操作小结，SPI设置成全双工收发模式，NSS（片选引脚）单独用一个IO口来控制，对nRF24L01+读写操作程序如下：
  1. SPI发送/接收子函数

　　1 /* SPI 发送*/
　　2 void _SPIDataSet（SPI_TypeDef * SPIx， unsigned char *Buf， unsigned char Cnt）
　　3 {
　　4 for（; Cnt; Cnt--）
　　5 {
　　6 while（（SPIx -》 SR & SPI_SR_TXE） ！= SPI_SR_TXE）;
　　7 SPIx -》 DR = *Buf++;
　　8 }
　　9 while（SPIx -》 SR & SPI_SR_BSY）;
　　10 Cnt = SPIx -》 DR;
　　11 }
　　12
　　13 /* SPI 接收*/
　　14 void _SPIDataGet（SPI_TypeDef * SPIx， unsigned char *Buf， unsigned char Cnt）
　　15 {
　　16 for（; Cnt; Cnt--）
　　17 {
　　18 while（（SPIx -》 SR & SPI_SR_TXE） ！= SPI_SR_TXE）;
　　19 SPIx -》 DR = 0xFF;
　　20 while（（SPIx -》 SR & SPI_SR_RXNE） ！= SPI_SR_RXNE）;
　　21 *Buf++ = SPIx -》 DR;
　　22 }
　　23 24 }


  L6：写入数据前必须保证TX缓存器为空
  L9：确保最后一位数据发送完毕
  L10：使RXNE位清0（对DR进行读操作，将使RXNE清0），若RXNE若置1，SPI不会接受新数据。
  L19：由于SPI工作与全双工模式，即发送1位数据才会接收1位数据，此语句本质是让SPI输出SCK，使nRF24L01+输出数据
  L20: 确保接收到完整的数据
   
  2. 对nRF24L01+寄存器的读/写操作
  
　　1 /* 写nRF24L01+ 寄存器 */
　　2 void DataSet（unsigned char CMD， /* 寄存器地址 */
　　3 unsigned char *Val， /* 发送数据指针 */
　　4 unsigned char Cnt /* 数据数量 */）
　　5 {
　　6 nRF24L01_CSN = 0;
　　7 _SPIDataSet（SPI1， &CMD， 1）;
　　8 _SPIDataSet（SPI1， Val， Cnt）;
　　9 nRF24L01_CSN = 1;
　　10 }
　　11
　　12
　　13 /* 读nRF24L01+ 寄存器 */
　　14 void DataGet（unsigned char CMD， /* 寄存器地址 */
　　15 unsigned char *Buf， /* 接收数据指针 */
　　16 unsigned char Cnt /* 数据大小 */）
　　17 {
　　18 nRF24L01_CSN = 0;
　　19 _SPIDataSet（SPI1， &CMD， 1）;
　　20 _SPIDataGet（SPI1， Buf， Cnt）;
　　21 nRF24L01_CSN = 1;
　　22 }

  L6, L18: CSN的下降沿开始读/写操作
  L9, L21: CSN的上升沿结束读/写操作
   
  下图所示为通过逻辑分析仪抓取的设置nRF24L01+ pipe0接收地址（寄存器0xA)的波形：
  




  图4. 设置Pipe0（寄存器0xA)接收地址波形
   
  下图所示为通过逻辑分析仪抓取的读取nRF24L01+ pipe0接收地址（寄存器0xA)的波形：
  




  图5. 读取Pipe0（寄存器0xA)接收地址波形
   
  More~
  1. 假如使用 Auto Acknowledgment 功能，发送端（PTX）Pipe0接收地址必须和发送地址     相同，这是用于接收接收端（PRX）的相应
  2. 接收数据数量（最大32字节）必须写入RX_PW_Px寄存器(x为通道编号）
  3. 调试失败，排查以下几点：
  

• 硬件连接是否正确
  
• 寄存器读写操作是否正确
  
• 确保Standby-I/II 模式变换到TX 模式时，CE高电平时间足够（大于130us）
  
• 发送端（PTX）和接收端（PRX）数据的大小要一致，比如接收端（PRX）接收数据大小设置为8字节，那么主机就要给发送端（PTX）的TX FIFO传输8个字节
  
  

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