在CW32生態(tài)社區(qū)以極高的性價比入手了這塊CW32L012開發(fā)評估板，開發(fā)板以底板、核心板、1.77寸TFT顯示屏構(gòu)成，所有的IO口都引出了排針，這點好評，使用杜邦線可以非常方便的連接其他模塊。引腳、接口模塊的布局都非常合理，并且整板子都使用了黑色，顏值也杠杠在線的，非常方便我用來學(xué)習(xí)這顆芯片。這里邊還有一個非常小的細(xì)節(jié)，這個細(xì)小的設(shè)計很貼中我的使用習(xí)慣，核心板中的功能按鍵和復(fù)位按鍵進(jìn)行了區(qū)分，白色的按鍵是功能按鍵，紅色的按鍵才是復(fù)位按鍵，讓我這種分不清左邊是復(fù)位按鍵還是右邊是復(fù)位按鍵的人一下就能按中復(fù)位按鍵了；

開發(fā)板介紹

這款開發(fā)評估板的設(shè)計非常巧妙，首先是電源部分，給出了一個12V的DC直流電源插口，有自恢復(fù)保險絲和保證電流單項導(dǎo)通的二極管，7805線性穩(wěn)壓器將電壓從15V的電壓穩(wěn)壓到5V，需要用到5V電壓的模塊此時接到這里完成5V供電，同時我們的芯片也從這里獲得5V的供電，這款芯片是寬電壓的芯片，用5V是完全沒有問題的；AMS1117-3.3是一款非常經(jīng)典的5V穩(wěn)壓到3.3V的線性穩(wěn)壓器，此時需要用到3.3V的模塊在這里供電，在開發(fā)板的右側(cè)區(qū)域預(yù)留了大量的+5V、+3V3、GND的排針，方便外接模塊供電，這就是電源部分。

接著是顯示屏幕區(qū)域，這塊開發(fā)板做足的對屏幕的兼容，對0.91OLED，0.96OLED，1.77TFT屏幕都兼容，接口方面是4線SPI，2線的I2C，官方默認(rèn)給配置的是一個8針的1.77TFT屏幕，在這篇文章我將著重介紹4線SPI，通過軟件模擬來實現(xiàn)SPI通訊協(xié)議，并測量其通訊速率。

板載的模塊設(shè)計了一個有源蜂鳴器，通過MCU的PB3引腳來控制SS8050三極管來開關(guān)斷蜂鳴器，可以完成蜂鳴器相關(guān)的實驗，三個按鍵分別是KEY1,KEY2,KEY3，三個LED燈分別是LED1,LED2,LED3，對應(yīng)MCU的PB13,PB14,PB15,PA7,PA8,PC13,LED燈是低電平點亮，可以完成流水燈以及按鍵電燈實驗，一個電位器，可以調(diào)節(jié)電阻的大小，對應(yīng)MCU的PB0口，通過調(diào)節(jié)電位器，來完成adc采集模擬電壓的實驗。

在核心板區(qū)域提供了TYPE-C單獨供電，留出了4針的SWO程序調(diào)式口，有一個復(fù)位按鍵和一個功能按鍵，預(yù)留了一個外部高速晶振和一個低速晶振，高速晶振支持4-32MHz，低速晶振是32.768KHz的，這款芯片沒有PLL倍頻器，內(nèi)部時鐘頻率連接到外部高速晶振時，外部高速晶振最高是多少，那么內(nèi)部時鐘頻率最高就是多少，但是這款芯片內(nèi)部的RC振蕩器是96MHz的，這個頻率可以滿足大部分使用場景，還可以節(jié)省使用外部晶振的成本，那么使用這款芯片的時候大概率就是使用內(nèi)部RC振蕩器了，官方也沒有配置外部晶振，只是設(shè)計了這個位置，估計也是和我有類似的考量吧。

最后這塊板子還提供了大量的外部模塊接口，可以拓展更多的模塊，增添了可玩性，由于這塊開發(fā)板已經(jīng)極具性價比了，出于對成本的考量，官方是沒有配備拓展模塊，預(yù)留出來的模塊接口有8Pin的mpu6050，我們外接了這個模塊可以做一些與運動檢測相關(guān)的實驗，因為這個模塊是測量橫滾角、俯仰角、偏航角的，4Pin的電子秤模塊接口，可以做電子秤的實驗，2*4Pin的WIFI模塊，可以插ESP8266做物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的實驗，6Pin的藍(lán)牙模塊，可以做和手機(jī)通訊的實驗，9針的矩陣鍵盤接口，3Pin的溫濕度，插上dht11模塊可以測量溫度和濕度，以及預(yù)留了2個4針的串口，可以做串口通訊的實驗。

原理圖

原理圖來源于CW32生態(tài)社區(qū)，官方開源了硬件原理圖；

SPI通訊簡介

SPI，全稱為 串行外設(shè)接口，是一種高速、全雙工、同步的串行通信總線。它由摩托羅拉公司開發(fā)，因其簡單和高效的特點，被廣泛應(yīng)用于微控制器、傳感器、存儲器、SD卡、觸摸屏等設(shè)備之間的短距離通信。

一、核心特點

全雙工通信：數(shù)據(jù)可以同時在兩個方向上傳輸（主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，也能接收從機(jī)返回的數(shù)據(jù)）。

同步通信：所有數(shù)據(jù)傳輸都由主機(jī)產(chǎn)生的時鐘信號同步，通信雙方無需預(yù)先配置波特率。

高速：相比I2C、UART等協(xié)議，SPI可以達(dá)到很高的通信速率（通?？蛇_(dá)幾十MHz甚至更高）。

簡單：協(xié)議本身非常簡單，沒有復(fù)雜的地址幀和應(yīng)答機(jī)制，硬件實現(xiàn)也相對容易。

二、硬件連接（4線制）

一個標(biāo)準(zhǔn)的SPI總線需要至少4根信號線：

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連接方式：

一主一從：連接最為簡單，四根線直接相連即可。

一主多從（標(biāo)準(zhǔn)模式）：這是最常用的方式。主機(jī)為每個從機(jī)提供獨立的片選信號。同一時刻，只有一個片選信號有效，從而選中一個從機(jī)進(jìn)行通信。

一主多從（菊花鏈模式）：所有從機(jī)共用一根片選線，數(shù)據(jù)像鏈條一樣從一個從機(jī)傳遞到下一個。這種方式節(jié)省主機(jī)的I/O口，但軟件控制更復(fù)雜，且并非所有從設(shè)備都支持。

三、通信過程與工作原理

初始化：主機(jī)配置好時鐘極性（CPOL）和時鐘相位（CPHA），這決定了時鐘的空閑狀態(tài)和數(shù)據(jù)的采樣邊沿。

選擇從機(jī)：主機(jī)將目標(biāo)從機(jī)的CS引腳拉至低電平。

數(shù)據(jù)傳輸：

主機(jī)在SCLK時鐘線上產(chǎn)生時鐘脈沖。

在每個時鐘周期內(nèi)，主機(jī)通過MOSI線發(fā)送一位數(shù)據(jù)，同時通過MISO線讀取一位數(shù)據(jù)。

這意味著每次移位操作實際上是一次主從設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。主機(jī)發(fā)送一個字節(jié)的同時，也會收到從機(jī)返回的一個字節(jié)。

取消選擇：通信完成后，主機(jī)將CS引腳拉回高電平。

一個生動的比喻：

可以把SPI通信想象成兩個面對面的的人（主機(jī)和從機(jī)）在進(jìn)行一場同步的“說聽”練習(xí)。SCLK是節(jié)拍器，確保節(jié)奏一致。MOSI是主機(jī)說話的通道，MISO是主機(jī)聽音的通道。CS就像是主機(jī)決定是否要與對面的人對話的開關(guān)。當(dāng)開關(guān)打開（CS拉低），隨著節(jié)拍器的每個節(jié)拍，主機(jī)說一個字的同時，也能聽到對方回一個字。

四、時鐘極性與相位

這是SPI配置中的一個關(guān)鍵概念，決定了時鐘空閑時的電平和數(shù)據(jù)采樣的時刻。通過組合CPOL和CPHA，主要有四種模式：

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要點：主設(shè)備和從設(shè)備必須工作在相同的模式下才能正常通信。

軟件模擬SPI通訊

總之，SPI是一種在嵌入式領(lǐng)域極其重要且實用的通訊協(xié)議，它在高速數(shù)據(jù)交換的設(shè)備中扮演著關(guān)鍵角色。

SPI可以通過軟件模擬和硬件外設(shè)資源實現(xiàn)，軟件模擬SPI是指在不用硬件電路SPI控制器的情況下，通過通用輸入輸出引腳（GPIO）和程序代碼來模擬SPI通信時序的方法。我將通過這種方式來點亮官方配置的這一塊1.77寸TFT屏幕，讓屏幕顯示出圖片。

實現(xiàn)思路

使用普通的GPIO引腳分別模擬SCLK、MOSI、MISO、CS功能

通過程序控制引腳電平變化來生成SPI時序

用延時函數(shù)或精確計時控制通信時序

代碼實現(xiàn)

#if !defined(__SPI_H__)
#define __SPI_H__

#include "cw32l012_sysctrl.h"
#include "cw32l012_gpio.h"
#include "cw32l012_spi.h"
#include "cw32l012_systick.h"

void SPI1_Init(void);

uint8_t SPI_SwapByte(uint8_t byte);

#define SPI_W_CS(x)     GPIO_WritePin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_5, (GPIO_PinState)x)
#define SPI_W_CLK(x)    GPIO_WritePin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_6, (GPIO_PinState)x)
#define SPI_W_MOSI(x)   GPIO_WritePin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_7, (GPIO_PinState)x)
#define SPI_R_MISO()    GPIO_ReadPin(CW_GPIOA, GPIO_PIN_6)
#define SPI_W_RTS(x)      GPIO_WritePin(CW_GPIOA,GPIO_PIN_15, (GPIO_PinState)x)
#define SPI_W_DC(x)       GPIO_WritePin(CW_GPIOB,GPIO_PIN_4, (GPIO_PinState)x)

#endif // __SPI_H__

#include "SPI.h"

void SPI1_Init(void)
{
    SYSCTRL_AHBPeriphClk_Enable(SYSCTRL_AHB_PERIPH_GPIOA|SYSCTRL_AHB_PERIPH_GPIOB, ENABLE);
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.IT = GPIO_IT_NONE;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStructure.Pins = GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
    GPIO_Init(CW_GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.IT = GPIO_IT_NONE;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStructure.Pins = GPIO_PIN_6;
    GPIO_Init(CW_GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_WritePin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_Pin_RESET);
    GPIO_WritePin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_Pin_SET);

    GPIO_InitStructure.IT = GPIO_IT_NONE;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStructure.Pins = GPIO_PIN_15;
    GPIO_Init(CW_GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

uint8_t SPI_SwapByte(uint8_t byte)
{
    uint8_t read_byte = 0x00;
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)
    {
        if (byte & 0x80)
        {
            SPI_W_MOSI(1);
        }
        else
        {
            SPI_W_MOSI(0);
        }
        byte 

	

	這就是軟件模擬SPI的底層驅(qū)動，由于屏幕顯示圖片的代碼數(shù)量太長了，這里就沒有分享出來了；

	軟件模擬SPI的優(yōu)缺點

	優(yōu)點

	靈活性高：可以在任何有GPIO的設(shè)備上實現(xiàn)

	引腳可配置：可以任意選擇可用的GPIO引腳

	多設(shè)備支持：可以輕松創(chuàng)建多個SPI總線實例

	調(diào)試方便：可以添加調(diào)試信息和時序監(jiān)控

	成本低：不需要專門的硬件SPI控制器

	缺點

	速度較慢：受限于CPU速度和軟件延時精度

	CPU占用高：通信期間CPU需要持續(xù)處理時序

	時序精度差：受中斷和其他任務(wù)影響，時序可能不穩(wěn)定

	實時性差：不適合高速或?qū)崟r性要求高的應(yīng)用

	實現(xiàn)復(fù)雜：需要仔細(xì)處理各種SPI模式和時序

	實現(xiàn)效果

	

	傳輸速度測試

	這次對于SPI的實驗做到這里其實基本算已經(jīng)完成了，但是每次寫通訊協(xié)議的代碼的時候，我都希望把每種通訊協(xié)議的性能拉滿，然后看看具體能達(dá)到多少速度，這次正好寫了SPI通訊的文章，出于對軟件模擬SPI通訊協(xié)議速度的好奇，那么我就想在這里測一測我這個實驗的通訊協(xié)議的速度；

	這顆芯片的官方手冊說明了內(nèi)部集成 3個串行外設(shè)接口（SPI）， 主機(jī)模式下 SCK 頻率高達(dá) 24MHz，理論上最大的傳輸速度是24Mbit/s，實際的傳輸速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個傳輸速度的，因為成功發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)有協(xié)議開銷，處理器和軟件開銷。這是硬件SPI支持的最大數(shù)據(jù)傳輸速度，大家可以從我的底層代碼可以看到，MCU內(nèi)核對于代碼的執(zhí)行我是沒有添加任何的延時阻塞的，我在main.c中把時鐘的也配置到了這顆芯片最大的時鐘頻率96MHz，那么這顆芯片處理SPI底層代碼，也就是發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)是按照最大速度執(zhí)行的，然后我找來了示波器。

	我們來看看示波器測試的結(jié)果：

	

	黃色的線是SCLK的波形，藍(lán)色是MOSI信號線的波形

	

	通過示波器的光標(biāo)我們可以看到發(fā)送一個字節(jié)需要的時間是18.6us，發(fā)送一位需要的時間就是18.6us/8=2.325us，那么1s發(fā)送的位數(shù)為：1s/2.325us=430107.5268，約等于430.107Kbit/s。即使去掉MCU內(nèi)核去處理其他代碼的時間，黃色的線間距較寬的地方就是內(nèi)核去處理其他代碼的時候，那么發(fā)送8個bit位用時14us，發(fā)送一位需要的時間就是14us/8=1.75us，1s發(fā)送的數(shù)據(jù)位是1s/1.75us=571428.5714，約等于571.428Kbit/s；



	審核編輯 黃宇