本文例子参考《STM32单片机开发实例——基于Proteus虚拟仿真与HAL/LL库》
源代码：https://github.com/LanLinnet/STM32F103R6

项目要求

掌握SPI总线通信规则，使用单片机每隔1s读取一次温度传感器TC72的温度值，并通过串口将读取的温度值发送出去。串口通信参数：波特率为19200bits/s，无校验。

硬件设计

1. 在第一节的基础上，在Proteus中添加电路如下图所示。其中我们添加了一个串行温度传感器TC72。
   
   此外，我们还添加了两个虚拟仪表：一个虚拟终端VIRTUAL TERMINAL和一个SPI总线调试工具SPI DEBUGGER。
   
   虚拟终端VIRTUAL TERMINAL的设置如下。
   

2. SPI：
   1）简介：SPI（Serial Peripheral Interface, 串行外设接口）是由美国Motorola公司推出的一种同步串行通信接口，用于串行连接微处理器与外围芯片。SPI采用主从通信模式，通常为一主多从结构，通信时钟由主机控制，在时钟信号的作用下，数据先传送高位，再传送低位。
   2）接口：SPI通信至少需要以下4根线。

   • SCLK：时钟线，用于提供通信所需的时钟基准信号。
   • MOSI：主出从入数据线，对于主机而言是数据输出总线，对从机是数据输入总线。
   • MISO：主入从出数据线，对于主机而言是数据输入总线，对从机是数据输出总线。
   • \(\overline{CS}\)：片选信号，低电平有效。但是对于本次项目所用的TC72，有效电平为高电平。

   3）通信时序：SPI通信的工作时序有4种，具体由CPHA（Clock Phase，时钟相位）和CPOL（Clock Polarity，时钟极性）决定。SPI的4种通信模式如下表，时序图如下分别列出。
   

   • 模式0(CPOL=0 CPHA=0)
     
   • 模式1(CPOL=0 CPHA=1)
     
   • 模式2(CPOL=1 CPHA=0)
     
   • 模式3(CPOL=1 CPHA=1)
     

3. TC72：
   1）简介：TC72是由美国Microchip公司出品的串行温度传感器，兼容SPI通信协议，温度测量范围为-55℃-+125℃，分辨率为10位（0.25℃/bit）。
   2）引脚：TC72的引脚功能如下表所示。
   
   3）工作模式：TC72的工作模式有以下两种：

   • 连续转换模式（Continuous Conversion Mode）：每隔150ms进行1次温度转换。
   • 单次转换模式（One-Shot Mode）：转换1次后就进入省电模式。

   TC72的温度转换结果采用左对齐数据存储格式：高字节存放温度值转换结果的整数部分，最高位T9为符号位；低字节高2位存放温度值转换结果的小数部分，数据以补码形式存放。其寄存器地址如下表所示。
   

4. 打开CubeMX，建立工程。STM32F103R6单片机自带一个SPI模块，但是为了便于移植，本项目中采用GPIO引脚模拟SPI时序。设置PA4、PA5、PA7均为GPIO_Output，PA6均为GPIO_Input。点击“Categories”中的“GPIO”，修改GPIO各参数如下图所示。
   
   随后进行串口设置，如下图所示，这里就不赘述了，具体可以参考第13节。
   
   

5. 点击“Generator Code”生成Keil工程。

软件编写

1. 考虑到代码的可移植性，这里将SPI和TC72的驱动代码全部封装成函数并分别归入头文件“vSPI.h”和“TC72.h”中。我们可以先在...\Core\Src文件夹中建立这两个头文件，此时Keil可能找不到对应文件，可以直接将文件拽入Keil中进行编辑，然后再在“main.c”文件中进行include。

2. 点击“Open Project”在Keil中打开工程，打开“vSPI.h”，添加代码如下。

   #ifndef INC_VSPI_H_
   #define INC_VSPI_H_
   
   #include "main.h"
   
   //软件延时函数，单位为微秒
   void delay_us(uint16_t n)
   {
     uint16_t i = n * 8;
     while(i--);
   }
   
   //SPI总线使能
   void vSPI_En()
   {
     HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vCE_Pin, GPIO_PIN_SET);
     HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vSCK_Pin, GPIO_PIN_RESET);
     delay_us(4);
   }
   
   //SPI总线禁止
   void vSPI_Dis()
   {
     HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vSCK_Pin, GPIO_PIN_SET);
     HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vCE_Pin, GPIO_PIN_RESET);
   }
   
   //SPI主站发送1字节
   void vSPI_SndByte(uint8_t dat)		//dat表示发送的字节
   {
     uint8_t i;
     for(i=0; i<8; i++)
     {
       HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vSCK_Pin, GPIO_PIN_RESET);
       delay_us(4);
       if(dat & 0x80)
       {
         HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vMOSI_Pin, GPIO_PIN_SET);
       }
       else 
         HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vMOSI_Pin, GPIO_PIN_RESET);
       dat<<=1;
       //上升沿
       HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vSCK_Pin, GPIO_PIN_SET);
       delay_us(4);
     }
   }
   
   //SPI主站接收1字节数据
   uint8_t vSPI_RcvByte()
   {
     uint8_t i, dat=0;
     for(i=0;i<8;i++)
     {
       delay_us(4);
       dat<<=1;
       HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vSCK_Pin, GPIO_PIN_RESET);
       if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, vMISO_Pin) == GPIO_PIN_SET)
       {
         dat |= 0x01;
       }
       else
         dat &= 0xfe;
       HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vSCK_Pin, GPIO_PIN_SET);
     }
     return dat;		//返回1字节数据
   }
   
   #endif /* INC_VSPI_H_ */
   

   打开“TC72.h”，添加代码如下。

   #ifndef INC_TC72_H_
   #define INC_TC72_H_
   
   #include "main.h"
   #include "vSPI.h"
   
   //宏定义
   #define _TC72_CTRL_R 		0x00		//控制寄存器地址（读）
   #define _TC72_CTRL_W 		0x80		//控制寄存器地址（写）
   #define _TC72_Dat_LSB 		0x01		//温度低字节地址（读）
   #define _TC72_Dat_MSB 		0x02		//温度高字节地址（读）
   #define _TC72_ID 		0x03		//制造商ID（读）
   #define _TC72_OnceCnv 		0x15		//单次转化指令
   #define _TC72_ContinueCnv    0x05		//连续转化指令
   
   //发送转化指令
   void TC72_Convert(uint8_t Instr)		//Instr为指令
   {
     vSPI_En();		//SPI总线使能
     vSPI_SndByte(_TC72_CTRL_W);		//发送控制寄存器地址（写）
     vSPI_SndByte(Instr);		//发送转化指令
     vSPI_Dis();		//SPI总线禁止
   }
   
   //读温度
   float TC72_TemperatureRd()
   {
     uint8_t DatL, DatM;		//高低字节
     int16_t Dat;		//最终接收数据
     float t;		//转化温度
     vSPI_En();		//SPI总线使能
     vSPI_SndByte(_TC72_Dat_MSB);		//发送温度高字节地址（读）
     DatM = vSPI_RcvByte();		//SPI主站接收1字节（高）
     DatL = vSPI_RcvByte();		//SPI主站接收1字节（低）
     vSPI_Dis();		//SPI总线禁止
     Dat = DatM;	
     Dat <<= 8;
     Dat += DatL;	//组合高低字节
     t = ((float)(Dat))/256;		//转化温度
     return t;		//返回温度值
   }
   
   #endif /* INC_TC72_H_ */
   

3. 随后我们需要在main.c文件中的最前面引入我们自定义的头文件

   /* Private includes ----------------------------------------------------------*/
   /* USER CODE BEGIN Includes */
   #include "stdio.h"	//引入输入输出标准库
   #include "vSPI.h"		//引入自定义头文件
   #include "TC72.h"
   /* USER CODE END Includes */
   

   在main函数中定义需要通过串口发送的字符串

   /* USER CODE BEGIN 1 */
   float t;
   char str1[] = "Temperature:";
   char str2[10];		//存放温度字符串
   /* USER CODE END 1 */
   

   最后，在while(1)中调用我们自定义的函数对TC72和串口进行操作

   /* USER CODE BEGIN WHILE */
   while (1)
   {
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)str1, 12, 12);		//串口发送str1
     TC72_Convert(_TC72_OnceCnv);		//单次转化指令
     HAL_Delay(100);
     t = TC72_TemperatureRd();		//读传感器温度
     sprintf(str2, "%f", t);		//将温度t由浮点型转化为字符串并存入数组str2
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)str2, 7, 7);		//串口发送str2
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&"\n\r", 2, 2);
     HAL_Delay(900);
   /* USER CODE END WHILE */
   
   /* USER CODE BEGIN 3 */
   }
   /* USER CODE END 3 */
   

联合调试

1. 点击运行，生成HEX文件。
2. 在Proteus中加载相应HEX文件，点击运行。可以看到虚拟终端“VIRTUAL TERMINAL”每隔1秒都会显示一次TC72的温度，调节TC72的温度值，虚拟终端的显示也会跟着改变。