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简介：这是一份面向嵌入式初学者与STM32开发者的SPI双板通信例程，聚焦两块STM32板子之间通过SPI协议进行主从数据交互的完整实现，并附带液晶显示相关代码，帮助读者理解同步串行通信在实际项目中的落地方式。资源包共60个文件，约450KB，包含c与h源码、uvproj工程文件、map与lst编译列表、hex与axf可执行文件、txt说明及htm文档等，覆盖从工程配置到编译输出的完整链路。例程对SPI工作模式、CPOL与CPHA组合、CR1/CR2/SR/DR等寄存器配置以及GPIO复用、时钟分频、收发流程和错误处理均给出详细注解，便于对照硬件机制逐步调试。目前已有3086人学习下载，适合希望掌握主从通信、多板交互与液晶驱动基础的读者参考实践。

1. 两块板子之间的 STM32 SPI 通信：从「连上了」到「传得稳」差在哪

两块 STM32 板子用 SPI 对接，是嵌入式里最容易被低估的一件事。很多人第一次接线，主机发一个字节，从机收到，串口打印出来，觉得大功告成；可一旦把速率提到 10 MHz 以上、把线拉到 20 cm、或者改成连续收发几百字节，数据就开始错位、丢包、甚至整帧偏移。问题往往不在「SPI 会不会用」，而在时钟极性、片选时序、DMA 与中断的配合、以及两块板子之间的地电位差这些细节上。

这篇笔记面向的是手里已经有两块 STM32 开发板、想跑通一块做主一块做从、并且希望这套通信能稳定复用到真实项目里的工程师。我会按「先定角色和模式 → 再搭最小可跑工程 → 然后处理连续传输和错误恢复 → 最后讲怎么验证和压测」的顺序展开，中间穿插我踩过的坑和参数取值依据。读完你应该能自己搭出一套可复现的双板 SPI 通信，并且知道哪些参数不能随便改。

2. 先定角色与模式：主机从机、四线三线、CPOL/CPHA 怎么选

SPI 通信能不能一次跑通，八成取决于动手写代码之前有没有把角色和模式定清楚。两块 STM32 之间没有谁天然是主机，必须人为指定一块为主、一块为从，而且这个角色在通信过程中不能动态切换，否则总线会进入不确定状态。常见做法是主机负责产生 SCK 和 NSS，从机只负责在 SCK 边沿采样和输出数据。

2.1 主机从机的职责划分与 NSS 管理

主机端要配置 SCK、MOSI、NSS 为复用推挽输出，MISO 为浮空或上拉输入；从机端 SCK、MOSI、NSS 为输入，MISO 为复用推挽输出。NSS 的管理方式直接决定通信可靠性：软件 NSS 模式下，主机用普通 GPIO 拉低从机片选，时序可控，适合单从机场景；硬件 NSS 模式下，NSS 由 SPI 外设自动控制，多从机时更省心，但要求从机 NSS 在每帧之间正确拉高，否则从机可能把多帧当成一帧。

我一般会在主机端把 NSS 配成软件控制，因为这样可以在两次传输之间插入精确的延时，方便观察波形。从机端则把 NSS 配成硬件输入，让 SPI 外设自己判断帧边界。如果从机 NSS 一直拉低，从机会认为总线一直有效，接收移位寄存器可能把噪声也当成数据。

2.2 CPOL/CPHA 四种模式与双板匹配

SPI 有四种模式，由 CPOL（时钟极性）和 CPHA（时钟相位）组合而成。CPOL=0 表示空闲时 SCK 为低，CPOL=1 表示空闲时 SCK 为高；CPHA=0 表示第一个边沿采样，CPHA=1 表示第二个边沿采样。两块板子必须使用完全相同的模式，否则采样点错位，读到的数据会整体偏移一位。

两块 STM32 之间我通常选 Mode 0，因为示波器上最容易看，空闲低电平、上升沿采样，逻辑分析仪抓出来一目了然。如果从机是现成模块，必须以模块手册为准，不能凭感觉选。

2.3 数据宽度与位序：8 位还是 16 位，MSB 还是 LSB

STM32 的 SPI 支持 8 位和 16 位数据宽度，位序可配 MSB First 或 LSB First。两块板子必须一致。常见做法是统一用 8 位、MSB First，这样和大多数协议兼容。如果传输的是 16 位 ADC 采样值，可以在主机端拆成两个字节发送，从机端再拼起来，而不是直接开 16 位模式，因为 16 位模式下 NSS 和 DMA 的配合更容易出问题。

提示：模式、数据宽度、位序这三项，建议在代码里用宏定义集中管理，两块板子引用同一份头文件，避免手改漏改。

3. 搭最小可跑工程：寄存器配置、HAL 初始化与第一帧收发

定好模式之后，下一步是让两块板子真正交换一个字节。这一章我用 HAL 库来写，因为 HAL 的初始化结构体把关键参数都暴露出来了，适合对照检查；如果你用寄存器或 LL 库，参数含义是一样的，只是写法不同。

3.1 主机端 SPI 初始化代码与参数说明

/* 主机 SPI 初始化：Mode 0, 8 位, MSB First, 软件 NSS */ SPI_HandleTypeDef hspi1; void MX_SPI1_Init(void) { hspi1.Instance = SPI1; hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER; /* 主机模式 */ hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES; /* 全双工 */ hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT; /* 8 位数据 */ hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; /* CPOL=0 */ hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE; /* CPHA=0 */ hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT; /* 软件 NSS */ hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_64; /* 先低速 */ hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB; /* MSB First */ hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE; hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK) { Error_Handler(); } }

这段代码里最需要关注的是BaudRatePrescaler。它决定 SCK 频率，公式是f_SCK = f_PCLK / prescaler。假设 SPI1 挂在 APB2 上，PCLK 为 72 MHz，分频 64 后 SCK 约 1.125 MHz。第一次调试一定先用低速，等逻辑分析仪确认波形无误后再逐步提高。NSS设为软件模式后，需要另外配置一个 GPIO 作为片选，在发送前拉低、发送后拉高。

3.2 从机端初始化与中断接收

/* 从机 SPI 初始化：Mode 0, 8 位, MSB First, 硬件 NSS */ SPI_HandleTypeDef hspi2; uint8_t rx_byte; void MX_SPI2_Init(void) { hspi2.Instance = SPI2; hspi2.Init.Mode = SPI_MODE_SLAVE; /* 从机模式 */ hspi2.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES; hspi2.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT; hspi2.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; /* 必须与主机一致 */ hspi2.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE; /* 必须与主机一致 */ hspi2.Init.NSS = SPI_NSS_HARD_INPUT; /* 硬件 NSS 输入 */ hspi2.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_2; /* 从机忽略 */ hspi2.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB; if (HAL_SPI_Init(&hspi2) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* 开启接收中断，收到一个字节进一次回调 */ HAL_SPI_Receive_IT(&hspi2, &rx_byte, 1); } /* 接收完成回调：把数据存起来，重新挂接收 */ void HAL_SPI_RxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi) { if (hspi->Instance == SPI2) { ringbuf_push(rx_byte); /* 存入环形缓冲区 */ HAL_SPI_Receive_IT(&hspi2, &rx_byte, 1); } }

从机的BaudRatePrescaler在从机模式下不起作用，SCK 完全由主机提供，但 HAL 结构体要求填一个值，填 2 即可。从机用中断接收而不是轮询，是为了避免主循环忙等导致丢字节。每收到一个字节就重新挂一次接收，这是 HAL 的用法要求，漏掉这一步只能收到第一帧。

3.3 主机发送第一帧并验证

/* 主机发送一个字节，片选手动控制 */ void Master_SendByte(uint8_t data) { HAL_GPIO_WritePin(CS_GPIO_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_RESET); /* 拉低片选 */ HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &data, 1, 100); /* 发送，超时 100ms */ HAL_GPIO_WritePin(CS_GPIO_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_SET); /* 拉高片选 */ }

发送函数里片选拉低和拉高之间就是完整的一帧。HAL_SPI_Transmit的第三个参数是数据长度，第四个是超时时间，单位毫秒。第一次调试时，主机发 0x55，从机收到后通过串口打印出来，如果打印的是 0x55，说明模式、位序、接线都对了。如果收到 0xAA 或 0x2A，多半是 CPHA 选错或 MISO 接触不良。

注意：两块板子必须共地。只接 SCK、MOSI、MISO、NSS 而不接地，通信会时好时坏，这是最常见的翻车点之一。

4. 连续传输与 DMA：从单字节到整帧数据不丢包

单字节通了之后，真实场景往往是主机连续发几十上百字节，从机要完整收下来。这时候轮询和单字节中断都不够用，必须上 DMA 或者至少用带缓冲的中断接收。

4.1 主机 DMA 发送与从机 DMA 接收配置

/* 主机：DMA 发送一帧数据 */ uint8_t tx_buf[64]; void Master_SendFrame(uint8_t *buf, uint16_t len) { HAL_GPIO_WritePin(CS_GPIO_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_RESET); HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, buf, len); /* DMA 搬运，CPU 解放 */ /* 等待发送完成，实际项目可用回调或信号量 */ while (hspi1.State != HAL_SPI_STATE_READY) { } HAL_GPIO_WritePin(CS_GPIO_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_SET); } /* 从机：DMA 接收一帧数据 */ uint8_t rx_buf[64]; void Slave_StartRecv(void) { HAL_SPI_Receive_DMA(&hspi2, rx_buf, 64); /* 挂 64 字节接收 */ } /* 从机接收完成回调 */ void HAL_SPI_RxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi) { if (hspi->Instance == SPI2) { process_frame(rx_buf, 64); /* 整帧处理 */ HAL_SPI_Receive_DMA(&hspi2, rx_buf, 64); /* 重新挂载 */ } }

主机用HAL_SPI_Transmit_DMA之后，CPU 可以去干别的，但片选不能立刻拉高，必须等 DMA 传输完成。上面用轮询State的方式最简单，实际项目里更推荐用HAL_SPI_TxCpltCallback回调里拉高片选，避免阻塞。从机用HAL_SPI_Receive_DMA挂一帧长度，收满触发回调，再重新挂载，形成连续接收。

4.2 传输长度、超时与片选时机的配合

DMA 模式下最容易出问题的是片选时机。如果主机在 DMA 还没发完就拉高片选，从机会提前结束接收，导致最后一两个字节丢失。反过来，如果从机 DMA 还没挂好，主机就开始发，前几个字节会丢。常见做法是主机在拉低片选后插入一个短延时（几微秒），确保从机已经进入接收状态；从机则在初始化完成后立刻挂载第一次 DMA 接收。

超时参数在 DMA 模式下不像轮询那么关键，但HAL_SPI_Transmit_DMA内部仍有状态机，如果 DMA 通道被占用，函数会返回HAL_BUSY。这时候要检查 DMA 通道是否和别的外设冲突，比如 SPI1_TX 和某个定时器共用 DMA1_Channel3，就会互相抢。

4.3 环形缓冲区与帧头帧尾校验

连续传输时，从机收到的数据流没有天然边界，必须靠协议来切分。最简单的方式是加帧头和帧尾，比如 0xAA 0x55 开头、0x0D 0x0A 结尾，中间是有效载荷。从机在 DMA 回调里扫描缓冲区，找到完整帧再交给上层处理。

/* 从环形缓冲区中提取完整帧 */ typedef struct { uint8_t buf[256]; uint16_t head; uint16_t tail; } ring_t; int extract_frame(ring_t *r, uint8_t *out, uint16_t *out_len) { /* 简化版：查找 0xAA 0x55 开头、0x0D 0x0A 结尾 */ for (uint16_t i = r->tail; i != r->head; i = (i + 1) % 256) { if (r->buf[i] == 0xAA && r->buf[(i + 1) % 256] == 0x55) { /* 找到帧头，继续找帧尾 */ for (uint16_t j = i + 2; j != r->head; j = (j + 1) % 256) { if (r->buf[j] == 0x0D && r->buf[(j + 1) % 256] == 0x0A) { *out_len = j - i - 2; /* 拷贝有效载荷到 out */ for (uint16_t k = 0; k < *out_len; k++) { out[k] = r->buf[(i + 2 + k) % 256]; } r->tail = (j + 2) % 256; return 0; } } } } return -1; /* 没有完整帧 */ }

这段代码的关键是环形缓冲区的 head 和 tail 指针，以及帧头帧尾的扫描逻辑。实际项目里我会再加一个长度字段和 CRC 校验，防止噪声伪造帧头。帧头帧尾的选择要避开数据中可能出现的值，如果载荷里本来就有 0xAA 0x55，就需要转义或者改用长度字段。

5. 避坑与排查：双板 SPI 最常见的五类翻车

这一章记录我在双板 SPI 调试中遇到过的典型问题，每条按现象、原因、解决来写，方便你对照排查。

5.1 现象：从机收到的数据整体偏移一位

原因：主机和从机的 CPHA 不一致。主机用 Mode 0（第一个边沿采样），从机用 Mode 1（第二个边沿采样），从机采样点比主机输出晚半个周期，读到的就是错位数据。

解决：用逻辑分析仪同时抓 SCK 和 MOSI，数一下数据在哪个边沿稳定。两块板子的CLKPolarity和CLKPhase必须逐字一致。改完模式后重新上电，不要只复位，因为部分 STM32 的 SPI 外设需要重新初始化才生效。

5.2 现象：低速正常，提高 SCK 后开始丢字节

原因：杜邦线太长或没有共地，高速时信号反射和地弹导致采样错误。另外从机中断优先级太低，SCK 太快时中断还没响应，下一个字节已经来了。

解决：先把 SCK 降回 1 MHz 确认功能正常，再逐步提高。线长控制在 10 cm 以内，SCK 和 GND 尽量靠近。从机接收中断优先级设为较高，或者改用 DMA 接收。如果必须长线，考虑加串联电阻或降低速率。

5.3 现象：主机发 64 字节，从机只收到 63 或 62 字节

原因：片选拉高的时机比最后一个 SCK 边沿早，最后一个字节没来得及移完。或者从机 DMA 接收长度和主机发送长度不一致。

解决：主机在HAL_SPI_Transmit_DMA完成回调里再拉高片选，不要在调用后立刻拉高。从机 DMA 接收长度必须大于等于主机发送长度，建议两边用同一个宏定义帧长。如果长度可变，协议里带长度字段，从机先收长度再收载荷。

5.4 现象：通信一段时间后从机不再响应，复位才恢复

原因：从机接收中断里没有重新挂载接收，或者 DMA 传输错误后没有重新初始化。HAL 库在出错后会进入HAL_SPI_STATE_ERROR，不再响应。

解决：在HAL_SPI_ErrorCallback里打印错误码，根据错误码判断是溢出还是模式错误。溢出错误（OVR）通常是从机没及时读走数据，需要提高中断优先级或改用 DMA。在回调里重新调用HAL_SPI_Receive_IT或HAL_SPI_Receive_DMA恢复接收。

5.5 现象：两块板子单独测试都正常，对接后主机读 MISO 全是 0xFF

原因：从机 MISO 没有配置成复用推挽输出，或者从机根本没有被片选选中。另外如果从机供电和主机不同，MISO 电平可能不匹配。

解决：检查从机 MISO 的 GPIO 初始化，必须是GPIO_MODE_AF_PP。用万用表量从机 NSS 引脚，主机拉低时应该接近 0V。如果两块板子供电不同，确认电平兼容，必要时加电平转换。主机读 MISO 前先确认从机已经上电并初始化完成。

6. 验证与压测：用逻辑分析仪和误码率把通信钉死

功能跑通只是第一步，真正要投入项目，得知道这套通信在什么条件下会出错。我一般会用逻辑分析仪抓波形，再写一个简单的误码率测试，把速率、线长、连续传输时长这几个变量跑一遍。

6.1 逻辑分析仪抓包与解码设置

逻辑分析仪接 SCK、MOSI、MISO、NSS 四根线，采样率至少是 SCK 的 10 倍。以 1 MHz SCK 为例，采样率设 10 MHz 以上。解码器选 SPI，配置 CPOL、CPHA、位序、数据宽度，和代码里一致。抓到的数据应该和主机发送的缓冲区逐字节对应。

如果解码出来的数据有规律地偏移，先检查解码器配置，再检查代码。逻辑分析仪是黑匣子，配置错了会误导你改代码。我习惯先用一个固定模式（比如 0x00 到 0x3F 递增）发送，这样一眼就能看出哪一位开始错。

6.2 误码率测试脚本与判定标准

主机端写一个循环，发送已知序列，从机收到后比对，统计错误字节数。测试至少跑 10 万字节，误码率低于 1e-6 才算稳定。

/* 主机：发送递增序列，共 100000 字节 */ void Ber_Test_Master(void) { uint8_t pattern = 0; for (uint32_t i = 0; i < 100000; i++) { Master_SendByte(pattern); pattern++; if (pattern == 0) pattern = 1; /* 避开 0，方便观察 */ } } /* 从机：比对接收序列 */ uint32_t err_count = 0; uint8_t expect = 0; void Ber_Test_Slave_Check(uint8_t recv) { if (recv != expect) { err_count++; } expect++; if (expect == 0) expect = 1; }

跑完之后打印err_count，如果为 0，说明在当前速率和线长下通信可靠。如果有错误，记录错误位置，看是随机分布还是集中在某一段。随机分布多半是信号完整性问题，集中分布可能是缓冲区溢出或片选时序问题。

6.3 速率、线长、供电的边界测试

我一般会做三组测试：第一组固定线长 10 cm，SCK 从 1 MHz 逐步提到 18 MHz，找到误码率突变的拐点；第二组固定 SCK 为拐点以下一档，线长从 10 cm 加到 30 cm，看误码率变化；第三组用不同供电方式（同一电源、分别供电但共地、分别供电不共地）对比。拐点速率和线长的关系能帮你判断这套方案在真实设备里的余量。

提示：压测时从机不要开串口打印，串口会占用 CPU 和中断，影响 SPI 接收。把错误计数存在变量里，测试结束后一次性打印。

6.4 一个我常用的收尾习惯

每次调通一套双板 SPI，我会把模式、分频、线长、误码率结果记在一个表格里，下次换板子或换线材时直接对照。这个习惯帮我省了很多重复排查的时间。SPI 本身不复杂，复杂的是两块板子之间的物理层和时序配合，把这些边界记下来，比记住某一段代码更有用。希望帮到你。

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