PUYA SPI — 双板全双工主机轮询 SPI_TwoBoards_FullDuplexMaster_Polling

Tue, 08 Sep 2026 14:52:21 +0800

SPI — 双板全双工主机轮询 SPI_TwoBoards_FullDuplexMaster_Polling

固件库: PY32F403_Firmware V1.4.5
芯片: PY32F403（Cortex-M4）
源文件: PY32F403-STK/Example/SPI/SPI_TwoBoards_FullDuplexMaster_Polling/Src/main.c
核心外设: SPI1（主机，全双工，轮询）

1. 功能简介（大白话）

这是最经典的「SPI 双板对传」例子：拿 两块 PY32F403-STK 开发板，一块当 主机（Master），一块当 从机（Slave）。

主机准备了一个发送缓冲 TxBuff = {1,2,...,15}，按下用户按键后，通过 SPI 把 15 个字节发给从机；因为是全双工，主机在发的同时也从从机收 15 个字节到 RxBuff。通信结束后，主机比较「自己发出去的数据」和「从机回环/回应过来的数据」是否一致——一致就点亮 LED，不一致就让 LED 闪烁报错。

注意：此例程是「主机↔从机」两块板通信，并非单板 MOSI-MISO 短接回环。回环（loopback）只是调试技巧，真正的 SPI 设备通常是这样一主一从。

2. 硬件准备

物品	数量	说明
PY32F403-STK 开发板	2	一块烧主机程序，一块烧从机程序
USB 线	2	供电 + 下载

接线（主从一一对应相连，箭头为主→从方向）：

主机 MASTER              从机 SLAVE
SCK  (PB3)  ----->   SCK  (PB3)
MISO (PB4)  <-----   MISO (PB4)
MOSI (PB5)  ----->   MOSI (PB5)
NSS  (PA15) ----->   NSS  (PA15)
GND         ----->   GND          （务必共地！）

操作步骤：

主机烧 SPI_TwoBoards_FullDuplexMaster_Polling，从机烧 SPI_TwoBoards_FullDuplexSlave_Polling；
先按从机复位键让从机先运行，再按主机用户键启动主机；
主从 LED 由灭变常亮 = 通信成功；LED 闪烁 = 失败。

为什么从机要先跑？因为 SPI 是主机给时钟、从机跟着移位的同步协议，从机没就绪就发时钟会采到错数据。

3. 完整代码（带中文注释）

#include "main.h"

/* 要收发的数据长度 */
#define DATA_LENGTH   15

/* SPI 句柄 */
SPI_HandleTypeDef Spi1Handle;

/* 发送缓冲：1~15；接收缓冲：先清零 */
uint8_t TxBuff[15] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15};
uint8_t RxBuff[15] = {0};

/* 函数声明 */
static void APP_SystemClockConfig(void);
static void APP_WaitAndCheckEndOfTransfer(void);
static uint8_t APP_Buffercmp8(uint8_t* pBuffer1, uint8_t* pBuffer2, uint8_t BufferLength);
static void APP_LedBlinking(void);

int main(void)
{
  /* 1) HAL 初始化（中断、Systick）*/
  HAL_Init();

  /* 2) 系统时钟：HSI 8MHz，APB2 二分频 → SPI1 所在总线 4MHz */
  APP_SystemClockConfig();

  /* 3) LED 与用户按键初始化 */
  BSP_LED_Init(LED_GREEN);
  BSP_PB_Init(BUTTON_KEY, BUTTON_MODE_GPIO);

  /* 4) 配置 SPI1 句柄（先 DeInit 清状态，再 Init）*/
  Spi1Handle.Instance               = SPI1;
  Spi1Handle.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256; /* 4MHz/256 ≈ 15.6kHz */
  Spi1Handle.Init.Direction         = SPI_DIRECTION_2LINES;      /* 双线全双工 */
  Spi1Handle.Init.CLKPolarity       = SPI_POLARITY_LOW;          /* CPOL=0 → Mode 0 */
  Spi1Handle.Init.CLKPhase          = SPI_PHASE_1EDGE;           /* CPHA=0 → Mode 0 */
  Spi1Handle.Init.DataSize          = SPI_DATASIZE_8BIT;         /* 8 位一帧 */
  Spi1Handle.Init.FirstBit          = SPI_FIRSTBIT_MSB;          /* 高位先发 */
  Spi1Handle.Init.NSS               = SPI_NSS_HARD_OUTPUT;       /* 硬件 NSS（自动拉低/拉高 PA15）*/
  Spi1Handle.Init.Mode              = SPI_MODE_MASTER;           /* 主机 */
  Spi1Handle.Init.CRCCalculation    = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;/* 不校验 CRC */
  if (HAL_SPI_DeInit(&Spi1Handle) != HAL_OK)  APP_ErrorHandler();
  if (HAL_SPI_Init(&Spi1Handle)   != HAL_OK)  APP_ErrorHandler(); /* 内部调 MSP 配引脚 */

  /* 5) 等用户按键按下（按键默认高电平，按下变低）*/
  while (BSP_PB_GetState(BUTTON_KEY) == 1) { }

  /* 6) 全双工收发：发 TxBuff 同时收 RxBuff，阻塞最长 5 秒 */
  if (HAL_SPI_TransmitReceive(&Spi1Handle, TxBuff, RxBuff, DATA_LENGTH, 5000) != HAL_OK)
  {
    APP_ErrorHandler();
  }

  /* 7) 等待传输结束并校验数据 */
  APP_WaitAndCheckEndOfTransfer();

  while (1) { }   /* 成功/失败后停在这里 */
}

/**
  * @brief  等待 SPI 就绪并比对收发数据
  */
static void APP_WaitAndCheckEndOfTransfer(void)
{
  while (Spi1Handle.State != HAL_SPI_STATE_READY) { }  /* 等状态机回到 READY */

  if (APP_Buffercmp8(TxBuff, RxBuff, DATA_LENGTH))    /* 发出去的 == 收到的？*/
  {
    APP_LedBlinking();        /* 不一致 → LED 闪（失败）*/
  }
  else
  {
    BSP_LED_On(LED_GREEN);    /* 一致 → LED 常亮（成功）*/
  }
}

/**
  * @brief  逐字节比较两缓冲，全同返回 0，有异返回 1
  */
static uint8_t APP_Buffercmp8(uint8_t* pBuffer1, uint8_t* pBuffer2, uint8_t BufferLength)
{
  while (BufferLength--)
  {
    if (*pBuffer1 != *pBuffer2) return 1;
    pBuffer1++; pBuffer2++;
  }
  return 0;
}

/**
  * @brief  失败指示：LED 每 500ms 翻转一次
  */
static void APP_LedBlinking(void)
{
  while (1) { BSP_LED_Toggle(LED_GREEN); HAL_Delay(500); }
}

/**
  * @brief  系统时钟：HSI 8MHz；APB2 二分频 = 4MHz（SPI1 时钟源）
  */
static void APP_SystemClockConfig(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef  OscInitstruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef  ClkInitstruct = {0};

  OscInitstruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  OscInitstruct.HSIState       = RCC_HSI_ON;
  OscInitstruct.HSI48MState    = RCC_HSI48M_OFF;
  OscInitstruct.LSEState       = RCC_LSE_OFF;
  OscInitstruct.LSIState       = RCC_LSI_OFF;
  OscInitstruct.PLL.PLLState   = RCC_PLL_OFF;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&OscInitstruct) != HAL_OK) APP_ErrorHandler();

  ClkInitstruct.ClockType      = RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_HCLK |
                                 RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  ClkInitstruct.SYSCLKSource   = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;  /* 8MHz */
  ClkInitstruct.AHBCLKDivider  = RCC_SYSCLK_DIV1;       /* HCLK = 8MHz */
  ClkInitstruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;         /* APB1 = 8MHz */
  ClkInitstruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;         /* APB2 = 4MHz（SPI1 源）*/
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&ClkInitstruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK) APP_ErrorHandler();
}

void APP_ErrorHandler(void) { while (1) {} }

附：MSP 里的引脚配置（HAL_SPI_Init 自动调用）

void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if (hspi->Instance == SPI1)
  {
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();

    /* PB3 = SCK（AF3，推挽复用，CLK 空闲低时下拉）*/
    GPIO_InitStruct.Pin       = GPIO_PIN_3;
    GPIO_InitStruct.Pull      = GPIO_PULLDOWN;
    GPIO_InitStruct.Mode      = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF3_SPI1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

    /* PA15 = NSS（AF3，开漏+上拉，硬件方式由外设自动控制）*/
    GPIO_InitStruct.Pin       = GPIO_PIN_15;
    GPIO_InitStruct.Mode      = GPIO_MODE_AF_OD;
    GPIO_InitStruct.Pull      = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF3_SPI1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    /* PB4=MISO, PB5=MOSI（AF3，推挽复用）*/
    GPIO_InitStruct.Pin       = GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5;
    GPIO_InitStruct.Mode      = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF3_SPI1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
  }
}

4. 代码分段讲解

4.1 全双工为什么要「收发一起」？

SPI 的移位寄存器机制决定：每发送 1 位，同时也接收 1 位。所以不存在「只发不收」或「只收不发」——哪怕你只想发，硬件也在同时收；反之亦然。HAL_SPI_TransmitReceive 正是把这两个动作合并成一次调用（长度相同）。如果你只想发，可以传一个无关接收缓冲；只想收，则发缓冲填 0（dummy）即可。

4.2 波特率怎么算？

1
2
3

SCK 频率 = SPI 所在总线时钟 / BaudRatePrescaler
         = APB2(4MHz) / 256
         ≈ 15.6 kHz

分频系数可选 2/4/8/16/32/64/128/256。实际项目里按从机允许的最高速率来选，越快越好（但别超从机上限）。

4.3 Mode 0 是什么？

CPOL=LOW + CPHA=1EDGE 即 SPI Mode 0：时钟空闲为低电平，数据在第一个时钟边沿（上升沿）被采样。只要从机也设成 Mode 0 就能正常通信。

4.4 硬件 NSS 省心在哪？

SPI_NSS_HARD_OUTPUT 让 SPI 外设自动在传输开始时把 PA15 拉低（选中从机）、结束后拉高。比起软件手动 GPIO_ResetBits 拉 CS，硬件 NSS 时序更精准、不会漏。注意：硬件 NSS 方式下也必须把 PA15 连到从机 NSS。

4.5 校验逻辑

主机发出 1~15，从机（对应 Slave 例程）会回发同样数据；主机收到后逐字节比较，全相等才点亮 LED。这验证了「物理连线 + 时序参数」都正确。

5. 实验现象

正确接线、先跑从机再跑主机后：
- 主机 LED 常亮 = 收发数据校验成功；
- 若任一板 LED 闪烁 = 通信失败（检查接线/共地/主从模式是否匹配）。
实际板对板回环里，RxBuff 最终等于 TxBuff（即 1,2,...,15）。

6. 常见问题

现象	原因	解决
LED 一直闪（校验失败）	没共地 / 线序接错	接好 GND，确认 SCK-MISO-MOSI-NSS 一一对应
主机发、从机收不到	从机没先启动	先按从机复位，再按主机按键
数据错位/乱码	主从 CPOL/CPHA 不一致	双方都设成 Mode 0（或统一为同模式）
完全无反应	SPI 时钟被分频太低/太高外设异常	确认例程分频 256，总线 4MHz
想接单个 SPI 设备	用不到双板	单板可把 MOSI 焊线接 MISO 做回环自测
速率上不去	总线时钟只有 4MHz	打开 PLL 把系统/APB2 提到更高频再分频

7. 小结

SPI 是高速、全双工、同步总线，靠 SCK 边沿移位，主从 CPOL/CPHA 必须一致；
例程用 SPI1（APB2=4MHz）分频 256 ≈ 15.6kHz 做低速演示，跑通后再提速；
数据收发用 HAL_SPI_TransmitReceive 一体完成；
硬件 NSS 让片选自动管理，省心且时序准；
验证方法是「发什么收什么」逐字节比较。

8. 拓展应用（学了能做什么项目）

SPI Flash 存储：参考 SPI_FullDuplex_ExternalFLASH，给 MCU 扩几十 MB 固件/字库空间；
TFT 彩屏驱动：用 SPI 刷 LCD（ST7735/ILI9341），做小游戏机；
SD 卡读写：SPI 模式挂 TF 卡，做数据记录仪；
高速采集：配合 SPI_xxx_DMA 示例，用 DMA 搬运大块数据不占 CPU；
无线模块：驱动 nRF24L01、SX1278 等射频芯片；
多从机组网：用不同 GPIO 当多个 CS，一个主机轮询多个 SPI 从设备。

返回：SPI 总线总览

全双工 on CLing