GD32F103模拟3线SPI通信问题
2025-03-05 10:30:02
晨欣小编
SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种常见的全双工串行通信协议，广泛应用于 MCU 与外设（如 FLASH、ADC、LCD 等）之间的数据交互。然而，部分外设仅支持 3 线 SPI（即 SCK、MOSI 和 MISO 复用为单线），这对常规 SPI 通信模式带来了挑战。本文将探讨 GD32F103 模拟 3 线 SPI 通信的问题，并提供解决方案。
2. GD32F103 SPI 基础GD32F103 是兆易创新（GigaDevice）推出的一款 Cortex-M3 核心的高性能 MCU，支持硬件 SPI 控制器，具有以下特性：
支持标准 SPI 通信，提供 SPI0、SPI1 两个外设模块。
支持主从模式，最高通信速率可达 18 MHz。
支持 4 线 SPI（MOSI、MISO、SCK、NSS）及 3 线模式（仅限于硬件半双工）。
2.1 SPI 通信模式SPI 主要有以下几种通信模式：
模式线数说明4 线 SPISCK、MISO、MOSI、NSS最常见，全双工3 线 SPISCK、MOSI/MISO 复用、NSS半双工2 线 SPISCK、MOSI/MISO 复用无片选，半双工GD32F103 硬件支持 3 线模式，但对于某些特殊外设（如 OLED 显示屏、EEPROM），可能需要手动模拟 3 线 SPI 进行通信。
3. GD32F103 模拟 3 线 SPI 的实现由于 GD32F103 的 SPI 控制器在 3 线模式下不能灵活支持所有外设，用户可通过 GPIO 模拟（Bit-Banging） 方式实现 3 线 SPI。
3.1 硬件连接假设连接如下：
SCK → PA5
MOSI/MISO（复用） → PA7
NSS（片选） → PA4
3.2 软件实现使用 GPIO 直接控制时序，可按照以下方式实现 模拟 SPI。
3.2.1 GPIO 配置void SPI_GPIO_Init(void) {
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_4);
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_OUT_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_7); // 开漏模式，读写兼容
gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_5); // SCK 默认高
gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_4); // NSS 默认高
}3.2.2 发送数据void SPI_Write(uint8_t data) {
for (int i = 0; i < 8; i++) {
if (data & 0x80) {
gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_7); // 置高 MOSI/MISO
} else {
gpio_bit_reset(GPIOA, GPIO_PIN_7); // 置低 MOSI/MISO
}
data <<= 1;
gpio_bit_reset(GPIOA, GPIO_PIN_5); // SCK 拉低
delay();
gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_5); // SCK 拉高
}
}3.2.3 读取数据uint8_t SPI_Read(void) {
uint8_t data = 0;
for (int i = 0; i < 8; i++) {
data <<= 1;
gpio_bit_reset(GPIOA, GPIO_PIN_5); // SCK 低
delay();
if (gpio_input_bit_get(GPIOA, GPIO_PIN_7)) {
data |= 0x01;
}
gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_5); // SCK 高
}
return data;
}3.2.4 片选控制void SPI_Select(void) {
gpio_bit_reset(GPIOA, GPIO_PIN_4);
}
void SPI_Deselect(void) {
gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_4);
}4. 常见问题与优化4.1 读写冲突在 3 线 SPI 中，MOSI/MISO 复用，因此在写入数据后，需要将 GPIO 切换至输入模式进行读取。
void Set_SPI_MISO_Mode_Input(void) {
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_7);
}4.2 通信速率优化GD32F103 最高 72MHz，GPIO 操作速度受限，可用 DMA 或 定时器 优化时序，提高通信速率。
4.3 兼容性问题某些外设要求特定 时序（如 CPOL、CPHA），需调整 SCK 电平翻转逻辑。
5. 结论GD32F103 自带硬件 SPI，但在 3 线模式下存在一定局限性，可通过 GPIO 模拟 实现灵活通信。本文提供了 硬件连接、GPIO 配置、数据读写和优化方案，适用于 EEPROM、OLED 屏等设备。在实际应用中，可结合 DMA 或定时器 进一步优化，提高通信效率。
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