day05（单片机）SPI+数码管

SPI+数码管

SPI通信

SPI总线介绍

字节交换原理

时序单元

SPI模式

模式0

模式1

模式2

模式3

数码管

介绍

74HC595芯片分析

原理图分析

cubeMX配置

程序编写

硬件SPI

软件SPI

作业：

SPI+数码管

SPI通信

SPI总线介绍

SPI接口是Motorola 首先提出的全双工三线/四线同步串行外围接口采用主从模式（Master Slave）架构。

时钟由Master控制，在时钟移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后（MSB first）；SPI接口有2根单向数据线，为全双工通信。

SPI总线被广泛地使用在FLASH、ADC、LCD等设备与MCU间，要求通讯速率较高的场合。

一主多从的同步串行全双工通信

Master 主机 Slave 从机

MISO 主机输入从机输出 MOSI 主机输出从机输入 SS Slave Select(片选线)从机选择

SCK system clock 时钟

所有的输出口在输出的时候要配置成推挽输出，这样在没有外部上拉电阻的情况的也可以有较强的输出高低电平的能力。但需要考虑一点：当主机跟从机3进行通信的时候，从机2和从机1的MISO线如果是推挽输出（推挽必输出高电平或低电平的一种）那肯定会影响主机跟从机三的正常通信，所以为了消去这一影响，让从机SS片选线为高电平，即非选中状态时对应从机输出口置为高阻态，这样既不是高电平也不是低电平不会影响主机跟所选中从机的正常通信。

字节交换原理

字节交换基于位交换的

位交换分为两部分：移出移入

移出：就是把当前移位寄存器的最高位写到信号线上，然后整体往左移动一位

移入（采样）：读取信号线的状态，然后把读到的状态放到寄存器的最低位

移入主机和从机同时进行

移出主机和从机同时进行

移入和移出的时机是由时钟线控制约定的，约定好第几个边沿一起移出，第几个边沿一起移入。

时序单元

•起始条件：SS从高电平切换到低电平

•终止条件：SS从低电平切换到高电平

SPI模式

由CPOL及CPHA的不同状态，SPI分成了四种模式，主机与从机需要工作在相同的模式下才可以正常通讯，因此通常主机要按照从机支持的模式去设置

CPOL: 时钟极性

CPHA：时钟相位

模式0

模式1

模式2

模式3

数码管

介绍

LED数码管（LED Segment Displays）是由8个发光二极管构成，并按照一定的图形及排列封装在一起的显示器件。其中7个LED构成7笔字形，1个LED构成小数点（固有时成为八段数码管）。

LED数码管有两大类，一类是共阴极接法，另一类是共阳极接法，共阴极就是7段的显示字码共用一个电源的负极，是高电平点亮，共阳极就是7段的显示字码共用一个电源的正极，是低电平点亮。

我们对数码管所要显示的每个数字和字母进行编码，然后在编程时，将编码放在一个数组上，需要显示什么数字或者字母，从数组里面提取相应的编码就可显示所要显示的字符了。

如图，要显示数字“5”时，编码为0x6D。如果数码管为共阳极，只需要对共阴极的编码做一个取反操作即可。

74HC595芯片分析

一定好好看此文章

一文搞懂74HC595芯片（附使用方法）_74hc595芯片引脚图及功能-CSDN博客

原理图分析

我们本次所使用的是一款四段共阴极八位数码管，每个数码管的使能相对独立，各个数码管使用对应的三极管（NPN）进行使能控制。

由于数码管所需的管脚较多，我们使用SPI总线+74HC595（背过）芯片实现对数码管的控制。

（注：图中SPI4对应的即为SPI2）

74HC595是一款8位串行输入、并行输出的位移寄存器，在本次项目中，使用其将SPI串行传递过来的数据并行发送给对应数码管与显示位。SER为数据输入引脚。

位信号为：

SPI2_NSS——PB12（锁存，可设置为Output，低-》高就可以命令595芯片并行输出）

SPI2_SCK——PB13（SPI时钟）

SPI2_MISO——PB14（主机输入从机输出）---对本例子不重要

SPI2_MOSI——PB15（主机输出从机输入）

cubeMX配置

程序编写

硬件SPI

/* USER CODE BEGIN 0 */
//定义一个保存了所有数字显示状态的数组
const uint8_t number[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //数字显示

//定义一个用于保存想要显示的数字的变量
volatile uint16_t show_number = 0x1234;	//使用volatile使变量不被优化，每次都刷新读取

//数码管显示函数
void led_dispaly()
{
	uint8_t which_where_data[2] = {0x00, 0x00};		//创建一个用于保存段选与位选的数组
	
	//使用switch进行判断，由于一次只能点亮一个，需要引入一个变量进行自增，循环对应各数码管
	static uint8_t choose = 0;		//用于位循环
	
	switch(choose)
	{
		case 0:
			which_where_data[0] = 0x08;	//1-4位顺序为 0x01	0x02	0x04	0x08
			which_where_data[1] = number[show_number & 0x000F];	//将想要显示的数字与之相&，就相当于盖上了其他位
		
			//SPI传输函数，参数为使用的SPI通道、要传输的数据、数据长度、超时时间
			HAL_SPI_Transmit(&hspi2,which_where_data,2,10);
		
			//进行锁存操作，等效于写入一高一低电平
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);
			HAL_Delay(1);
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);
		
			choose++;	//移动至下一位
		break;
		case 1:
			which_where_data[0] = 0x04;	//1-4位顺序为 0x01	0x02	0x04	0x08
			which_where_data[1] = number[show_number>>4 & 0x000F];	// >>4	取第三位

			//SPI传输函数，参数为使用的SPI通道、要传输的数据、数据长度、超时时间
			HAL_SPI_Transmit(&hspi2,which_where_data,2,10);
			//进行锁存操作，等效于写入一高一低电平
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);
			HAL_Delay(1);
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);
			choose++;	//移动至下一位
		break;
		case 2:
			which_where_data[0] = 0x02;	//1-4位顺序为 0x01	0x02	0x04	0x08
			which_where_data[1] = number[show_number>>8 & 0x000F];
			//SPI传输函数，参数为使用的SPI通道、要传输的数据、数据长度、超时时间
			HAL_SPI_Transmit(&hspi2,which_where_data,2,10);		
			//进行锁存操作，等效于写入一高一低电平
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);
			HAL_Delay(1);
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);
		
			choose++;	//移动至下一位
		break;
		case 3:
			which_where_data[0] = 0x01;//1-4位顺序为 0x01	0x02	0x04	0x08
		which_where_data[1] = number[show_number>>12 & 0x000F];	
			//SPI传输函数，参数为使用的SPI通道、要传输的数据、数据长度、超时时间
			HAL_SPI_Transmit(&hspi2,which_where_data,2,10);	
			//进行锁存操作，等效于写入一高一低电平
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);
			HAL_Delay(1);
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);
			choose = 0;	//移动循环
		break;
	}	
}
/* USER CODE END 0 */

软件SPI

1.先配置引脚为输出模式

2.右键改名字

改成如下

/* USER CODE BEGIN 0 */
void led_dispaly (uint8_t Bit,uint8_t Seg)//0x01  0x66  第一个管写4
{
	int i=0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,SPI2_SCK_Pin,GPIO_PIN_RESET);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, SPI2_MOSI_Pin, (Bit & 0x80) ? 1 : 0);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,SPI2_SCK_Pin,GPIO_PIN_SET);
	     Bit<<=1;  
		HAL_Delay(1);
	}	
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,SPI2_SCK_Pin,GPIO_PIN_RESET);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, SPI2_MOSI_Pin, (Seg & 0x80) ? 1 : 0);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,SPI2_SCK_Pin,GPIO_PIN_SET);
	  Seg<<=1;
		HAL_Delay(1);
	}		
     HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, SPI2_NSS_Pin, 0);
     HAL_Delay(1);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, SPI2_NSS_Pin, 1);
}


/* USER CODE END 0 */

作业：

通过串口发送相应的数字来控制数码管的输出，个位数

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2024 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "spi.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void SystemPower_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* Configure the System Power */
  SystemPower_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_SPI2_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	char buf[5]={0};
		uint8_t i=0;
	const uint8_t number[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //数字显示
	uint8_t shi=0;
	uint8_t gewei=0;	
	uint8_t send[2]={0};
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
		HAL_UART_Receive(&huart1,buf,5,8);//每次运行到此处，等3ms看看有没有数据发送过来
				i=atoi(buf);
		//取出i的十位和个位
				shi=i/10;
				gewei=i%10;
		//将十位显示在1号管0x01
		send[0]=0x01;   //    0001
		send[1]=number[shi];
		HAL_SPI_Transmit(&hspi2,send,2,100);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,0);
		HAL_Delay(1);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,1);
		
		//将个位显示在2号管0x02
		send[0]=0x02;  
		send[1]=number[gewei];
		HAL_SPI_Transmit(&hspi2,send,2,100);//向74HC595串行输出
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,0);//产生上升沿，并行输出
		HAL_Delay(1);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,1);

  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  if (HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE4) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_MSI;
  RCC_OscInitStruct.MSIState = RCC_MSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.MSICalibrationValue = RCC_MSICALIBRATION_DEFAULT;
  RCC_OscInitStruct.MSIClockRange = RCC_MSIRANGE_4;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK3;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_MSI;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB3CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/**
  * @brief Power Configuration
  * @retval None
  */
static void SystemPower_Config(void)
{

  /*
   * Disable the internal Pull-Up in Dead Battery pins of UCPD peripheral
   */
  HAL_PWREx_DisableUCPDDeadBattery();
/* USER CODE BEGIN PWR */
/* USER CODE END PWR */
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

key1来控制数码管的数字显示，按一下+1，大于15归零

  /* USER CODE BEGIN 2 */
	uint8_t i=0;
	const uint8_t number[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //数字显示
	uint8_t shi=0;
	uint8_t gewei=0;	
	uint8_t send[2]={0};
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC,GPIO_PIN_9)==0)
		{
				while(!HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC,GPIO_PIN_9));
				i++;
			if(i>15)
			{
				i=0;
			}
		}
		//取出i的十位和个位
		shi=i/10;
		gewei=i%10;
		//将十位显示在1号管0x01
		send[0]=0x01;   //    0001
		send[1]=number[shi];
		HAL_SPI_Transmit(&hspi2,send,2,100);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,0);
		HAL_Delay(1);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,1);
		
		//将个位显示在2号管0x02
		send[0]=0x02;  
		send[1]=number[gewei];
		HAL_SPI_Transmit(&hspi2,send,2,100);//向74HC595串行输出
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,0);//产生上升沿，并行输出
		HAL_Delay(1);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_12,1);
  }