SPI 接口与 OLED 显示屏

1. SPI 概述

SPI（Serial Peripheral Interface）串行外设接口是一种高速、全双工、同步串行通信总线，由摩托罗拉公司提出。
SPI 接口具有简单易用、传输速率高、占用引脚资源少等特点，广泛应用于高速数据传输，如显示屏、存储器、传感器等。

SPI 通信特点

全双工通信：SPI 支持同时发送和接收数据。
主从模式：通信中有一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）。
同步通信：通信时钟由主设备提供，从设备根据时钟同步接收数据。
连接方式：通常需要 4 条线：
- MOSI（Master Out Slave In）：主设备输出，从设备输入。
- MISO（Master In Slave Out）：主设备输入，从设备输出。
- SCK（Serial Clock）：串行时钟信号，由主设备提供。
- SS/CS（Slave Select/Chip Select）：从设备选择信号，低电平有效。

2. SPI 配置步骤

要在 STM32F103 微控制器中使用 SPI 接口，需要按以下步骤进行配置：

使能 SPI 和 GPIO 时钟

在操作外设之前，必须使能对应的外设时钟。

// 使能 SPI1 和 GPIOA 的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

配置 GPIO 引脚为复用功能

根据 SPI 通信所需的引脚功能，配置相应的 GPIO 引脚为复用推挽输出或输入模式。

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

// 配置 SPI1 SCK（PA5）和 MOSI（PA7）为复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

// 配置 SPI1 MISO（PA6）为输入模式（若未使用可不配置）
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 浮空输入模式
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

初始化 SPI 外设

设置 SPI 的通信参数，如数据传输方向、主从模式、数据位数、时钟极性和相位、波特率等。

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; // 全双工模式
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; // 主机模式
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; // 8 位数据帧格式
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; // 时钟空闲时为低电平
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; // 第一个时钟沿采样数据
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; // 软件控制 NSS 信号
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8; // 波特率预分频，SPI 时钟频率为 PCLK/8
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; // 高位在前
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; // CRC 多项式（如不使用可忽略）
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

使能 SPI 外设

在完成配置后，启用 SPI 外设。
```
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
```

3. 示例：使用 SPI 控制 OLED 显示屏

以常见的 128x64 OLED 显示屏为例，演示如何通过 SPI 接口进行控制。OLED 显示屏通常使用 SSD1306 或类似的显示驱动芯片。

3.1 初始化 SPI1

void SPI1_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

    // 1. 使能时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 2. 配置 GPIO 引脚
    // SPI1 SCK (PA5), MOSI (PA7)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // SPI1 MISO (PA6) 未用到，可配置为输入或用于其他功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 浮空输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 3. 初始化 SPI
    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_1Line_Tx; // 单线发送
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; // 主机模式
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; // 8 位数据长度
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; // 时钟空闲时为低电平
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; // 第一个时钟沿采样数据
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; // 软件控制 NSS
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2; // 波特率预分频为2，SPI 时钟频率高
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; // 高位在前
    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

    // 4. 使能 SPI
    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}

3.2 SPI 发送数据函数

// 发送一个字节数据
void SPI1_SendByte(uint8_t byte) {
    // 等待发送缓冲区空
    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
    // 发送数据
    SPI_I2S_SendData(SPI1, byte);
    // 等待传输完成
    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY) == SET);
}

3.3 OLED 显示屏控制

OLED 显示屏通常需要通过命令和数据来控制，其接口通常包括：

DC（Data/Command）引脚：用于区分发送的是命令还是数据，通常高电平为数据，低电平为命令。
RES（Reset）引脚：用于复位显示屏。
CS（Chip Select）引脚：片选信号，低电平有效。

GPIO 引脚配置

// 配置 DC（PB0）、RES（PB1）、CS（PB2）引脚
void OLED_GPIO_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // 初始化引脚状态
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2);
}

OLED 发送命令和数据

// 选择 OLED（拉低 CS 引脚）
#define OLED_CS_LOW()   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_2)
// 取消选择 OLED（拉高 CS 引脚）
#define OLED_CS_HIGH()  GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_2)

// 设置为命令模式（拉低 DC 引脚）
#define OLED_DC_LOW()   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0)
// 设置为数据模式（拉高 DC 引脚）
#define OLED_DC_HIGH()  GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0)

// 复位 OLED（拉低 RES 引脚）
#define OLED_RES_LOW()  GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1)
// 取消复位（拉高 RES 引脚）
#define OLED_RES_HIGH() GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1)

// 发送命令
void OLED_WriteCommand(uint8_t cmd) {
    OLED_DC_LOW();    // 命令模式
    OLED_CS_LOW();    // 选择 OLED
    SPI1_SendByte(cmd);
    OLED_CS_HIGH();   // 取消选择
}

// 发送数据
void OLED_WriteData(uint8_t data) {
    OLED_DC_HIGH();   // 数据模式
    OLED_CS_LOW();    // 选择 OLED
    SPI1_SendByte(data);
    OLED_CS_HIGH();   // 取消选择
}

3.4 OLED 初始化代码

根据具体的 OLED 显示屏驱动芯片，初始化代码会有所不同。以下以常见的 SSD1306 为例：

void OLED_Init(void) {
    OLED_GPIO_Init();
    SPI1_Init();

    // 复位 OLED
    OLED_RES_LOW();
    Delay_ms(100); // 自定义延时函数
    OLED_RES_HIGH();

    // 初始化命令序列（根据具体的驱动芯片手册编写）
    OLED_WriteCommand(0xAE); // 关闭显示
    OLED_WriteCommand(0x00); // 设置低列地址
    OLED_WriteCommand(0x10); // 设置高列地址
    OLED_WriteCommand(0x40); // 设置起始行地址
    // ...（其他初始化命令）
    OLED_WriteCommand(0xAF); // 打开显示
}

3.5 显示示例

在完成初始化后，可以编写函数来控制 OLED 显示，如清屏、显示字符、绘制图形等。

// 清屏函数
void OLED_Clear(void) {
    for (uint8_t page = 0; page < 8; page++) {
        OLED_WriteCommand(0xB0 + page); // 设置页地址
        OLED_WriteCommand(0x00);        // 设置列低地址
        OLED_WriteCommand(0x10);        // 设置列高地址
        for (uint8_t col = 0; col < 128; col++) {
            OLED_WriteData(0x00);       // 清空数据
        }
    }
}

// 在指定位置显示一个字符（需要字库支持）
void OLED_ShowChar(uint8_t x, uint8_t y, char chr) {
    // 根据字库获取字符的点阵数据，然后调用 OLED_WriteData 写入显示
}

// 显示字符串
void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, char *str) {
    while (*str) {
        OLED_ShowChar(x, y, *str);
        x += 8; // 字符宽度，根据字体大小调整
        if (x > 120) { // 换行处理
            x = 0;
            y += 2;
        }
        str++;
    }
}

3.6 主函数示例

int main(void) {
    OLED_Init();   // 初始化 OLED
    OLED_Clear();  // 清屏

    OLED_ShowString(0, 0, "Hello, OLED!");

    while (1) {
        // 主循环，可以添加其他功能
    }
}

4. 注意事项

SPI 时钟参数：根据从设备的通信要求，合理设置 SPI 的时钟极性（CPOL）和相位（CPHA），以确保数据正确传输。
引脚连接：确保 GPIO 引脚与 OLED 显示屏连接正确，尤其是 CS、DC、RES 等控制引脚。
软件 NSS 管脚：若使用软件控制 NSS，引脚需要手动拉低和拉高，以实现从设备的选择。
数据延时：某些从设备在数据传输之间需要一定的延时，可根据需要添加延时函数。

stm32-SPI