GD32F470入门教程（八）SPI/I2S

2026-02-27

8.5k 词

SPI/I2S

简介

SPI/I2S 模块可以通过 SPI 协议或 I2S 音频协议与外部设备进行通信。
串行外设接口（Serial Peripheral Interface，缩写为 SPI）提供了基于 SPI 协议的数据发送和接收功能，可以工作于主机或从机模式。SPI 接口支持具有硬件 CRC 计算和校验的全双工和单工模式。SPI5 还支持 SPI 四线主机模式。
片上音频接口（Inter-IC Sound，缩写为 I2S）支持四种音频标准，分别是 I2S 飞利浦标准， MSB 对齐标准，LSB 对齐标准和 PCM
标准。它可以在四种模式下运行，包括主机发送模式，主机接收模式，从机发送模式和从机接收模式。通过使用附加的 I2S 模块：I2S1_ADD 和 I2S2_ADD，SPI1 和 SPI2 支持 I2S 全双工模式。

主要特性

SPI 信号线描述

SPI运行模式

表 21-5. SPI 运行模式

模式	描述	寄存器配置	使用的数据引脚
MFD	全双工主机模式	MSTMOD = 1RO = 0BDEN = 0BDOEN：不要求	MOSI：发送MISO：接收
MTU	单向线连接主机发送模式	MSTMOD = 1RO = 0BDEN = 0BDOEN：不要求	MOSI：发送MISO：不使用
MRU	单向线连接主机接收模式	MSTMOD = 1RO = 1BDEN = 0BDOEN：不要求	MOSI：不使用MISO：接收
MTB	双向线连接主机发送模式	MSTMOD = 1RO = 0BDEN = 1BDOEN = 1	MOSI：发送MISO：不使用
MRB	双向线连接主机接收模式	MSTMOD = 1RO = 0BDEN = 1BDOEN = 0	MOSI：接收MISO：不使用
SFD	全双工从机模式	MSTMOD = 0RO = 0BDEN = 0BDOEN：不要求	MOSI：接收MISO：发送
STU	单向线连接从机发送模式	MSTMOD = 0RO = 0BDEN = 0BDOEN：不要求	MOSI：不使用MISO：发送
SRU	单向线连接从机接收模式	MSTMOD = 0RO = 1BDEN = 0BDOEN：不要求	MOSI：接收MISO：不使用
STB	双向线连接从机发送模式	MSTMOD = 0RO = 0BDEN = 1BDOEN = 1	MOSI：不使用MISO：发送
SRB	双向线连接从机接收模式	MSTMOD = 0RO = 0BDEN = 1BDOEN = 0	MOSI：不使用MISO：接收

使用实例

这里以 SPI0 为例，使用 PB3 (SPI0_SCK), PB4 (SPI0_MISO), PB5 (SPI0_MOSI) 进行说明。（注意：具体的引脚映射请参考芯片的数据手册）

1. SPI初始化配置

配置SPI之前，需要先开启GPIO和SPI的时钟，并配置GPIO为复用推挽输出模式。

#include "gd32f4xx.h"

void spi_config(void)
{
    spi_parameter_struct spi_init_struct;

    /* 1. 开启时钟：GPIOB和SPI0 */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_SPI0);

    /* 2. 配置GPIO引脚 (PB3: SCK, PB4: MISO, PB5: MOSI) */
    /* 根据具体情况，SPI引脚通常配置为复用模式 */
    gpio_af_set(GPIOB, GPIO_AF_5, GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5);
    gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5);
    gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5);

    /* 3. SPI参数配置 */
    /* 复位SPI0 */
    spi_i2s_deinit(SPI0);

    /* 配置SPI参数 */
    spi_init_struct.trans_mode           = SPI_TRANSMODE_FULLDUPLEX; // 全双工模式
    spi_init_struct.device_mode          = SPI_MASTER;               // 主机模式
    spi_init_struct.frame_size           = SPI_FRAMESIZE_8BIT;       // 8位数据帧
    spi_init_struct.clock_polarity_phase = SPI_CK_PL_LOW_PH_1EDGE;   // 时钟极性低，第一沿采样
    spi_init_struct.nss                  = SPI_NSS_SOFT;             // 软件NSS控制
    spi_init_struct.prescale             = SPI_PSC_8;                // 预分频系数
    spi_init_struct.endian               = SPI_ENDIAN_MSB;           // 高位先行
    spi_init(SPI0, &spi_init_struct);

    /* 4. 使能SPI */
    spi_enable(SPI0);
}

2. SPI发送/接收一字节函数

在全双工模式下，发送数据的同时也会接收数据。

/*!
    \brief      通过SPI发送并接收一个字节
    \param[in]  data: 要发送的数据
    \param[out] none
    \retval     接收到的数据
*/
uint8_t spi_read_write_byte(uint8_t data)
{
    /* 等待发送缓冲区为空 (TBE标志置位) */
    while(RESET == spi_i2s_flag_get(SPI0, SPI_FLAG_TBE));
    
    /* 发送数据 */
    spi_i2s_data_transmit(SPI0, data);

    /* 等待接收缓冲区非空 (RBNE标志置位) */
    while(RESET == spi_i2s_flag_get(SPI0, SPI_FLAG_RBNE));

    /* 返回接收到的数据 */
    return spi_i2s_data_receive(SPI0);
}

3. 应用示例

int main(void)
{
    uint8_t rx_data;

    // 系统时钟配置等...
    
    // 初始化SPI
    spi_config();

    while(1) {
        // 选中从机（拉低CS引脚，需额外配置一个GPIO作为CS）
        // gpio_bit_reset(GPIOB, GPIO_PIN_6); 

        // 发送 0xAA 并接收从机返回的数据
        rx_data = spi_read_write_byte(0xAA);

        // 释放从机
        // gpio_bit_set(GPIOB, GPIO_PIN_6);

        // 处理接收到的数据
    }
}

FLASH示例可查看二十六、 SPI FLASH 应用 | 立创开发板技术文档中心

SPI/I2S库函数

一、SPI/I2S固件库函数总表

函数分类	函数名	核心功能
初始化与复位	spi_i2s_deinit	复位SPI/I2S外设
初始化与复位	spi_struct_para_init	初始化SPI结构体参数为默认值
初始化与复位	spi_init	初始化SPI外设
初始化与复位	i2s_init	初始化I2S外设
初始化与复位	i2s_psc_config	配置I2S预分频器
外设使能/禁用	spi_enable	使能SPI外设
外设使能/禁用	spi_disable	禁用SPI外设
外设使能/禁用	i2s_enable	使能I2S外设
外设使能/禁用	i2s_disable	禁用I2S外设
NSS引脚控制	spi_nss_output_enable	使能SPI NSS引脚输出
NSS引脚控制	spi_nss_output_disable	禁用SPI NSS引脚输出
NSS引脚控制	spi_nss_internal_high	软件模式下SPI NSS引脚拉高
NSS引脚控制	spi_nss_internal_low	软件模式下SPI NSS引脚拉低
DMA功能控制	spi_dma_enable	使能SPI DMA功能
DMA功能控制	spi_dma_disable	禁用SPI DMA功能
数据收发	spi_i2s_data_transmit	发送SPI/I2S数据
数据收发	spi_i2s_data_receive	接收SPI/I2S数据
标志位查询	spi_i2s_flag_get	获取SPI/I2S状态标志位
标志位清除	spi_i2s_flag_clear	清除SPI/I2S状态标志位
中断控制	spi_i2s_interrupt_enable	使能SPI/I2S中断
中断控制	spi_i2s_interrupt_disable	禁用SPI/I2S中断
中断标志查询	spi_i2s_interrupt_flag_get	获取SPI/I2S中断标志位
中断标志清除	spi_i2s_interrupt_flag_clear	清除SPI/I2S中断标志位

二、函数逐行详细解析

1. 初始化与复位类函数

（1）spi_i2s_deinit

函数原型：void spi_i2s_deinit(uint32_t spi_periph);
功能解释：将指定的SPI/I2S外设寄存器恢复为默认复位值，完成外设的硬件复位。
传入参数：
- spi_periph：SPI/I2S外设基地址（如SPI0、SPI1、I2S0等，对应芯片手册的外设地址宏）。
传出参数：无。

（2）spi_struct_para_init

函数原型：void spi_struct_para_init(spi_parameter_struct* spi_struct);
功能解释：将SPI初始化结构体（spi_parameter_struct）的所有成员变量赋值为默认值，避免未初始化导致的配置错误。
传入参数：
- spi_struct：指向SPI参数结构体的指针（结构体包含模式、波特率、数据位宽、极性相位等配置项）。
传出参数：无（直接修改传入的结构体内容）。

（3）spi_init

函数原型：void spi_init(uint32_t spi_periph, spi_parameter_struct* spi_struct);
功能解释：根据传入的SPI参数结构体，配置SPI外设的工作模式、数据格式、时钟等核心参数，完成SPI初始化。
传入参数：
- spi_periph：SPI外设基地址（如SPI0）；
- spi_struct：指向已配置好的SPI参数结构体的指针。
传出参数：无。

（4）i2s_init

函数原型：void i2s_init(uint32_t i2s_periph, i2s_mode_enum i2s_mode, uint32_t i2s_standard, i2s_ckpl_enum i2s_ckpl);
功能解释：初始化I2S外设的工作模式、通信标准、时钟极性等核心参数。
传入参数：
- i2s_periph：I2S外设基地址（如I2S0）；
- i2s_mode：I2S工作模式枚举（如主发送、从接收、主接收等）；
- i2s_standard：I2S通信标准（如I2S_PHILLIPS、I2S_MSB、I2S_LSB等）；
- i2s_ckpl：I2S时钟极性枚举（时钟空闲电平高/低）。
传出参数：无。

（5）i2s_psc_config

函数原型：void i2s_psc_config(uint32_t i2s_periph, i2s_audio_sample_enum i2s_audio_sample, uint32_t i2s_mckout_en);
功能解释：配置I2S的预分频器，确定音频采样率对应的时钟频率，可选是否使能主时钟输出（MCK）。
传入参数：
- i2s_periph：I2S外设基地址；
- i2s_audio_sample：音频采样率枚举（如8kHz、16kHz、44.1kHz等）；
- i2s_mckout_en：主时钟输出使能（ENABLE/DISABLE）。
传出参数：无。

2. 外设使能/禁用类函数

（1）spi_enable

函数原型：void spi_enable(uint32_t spi_periph);
功能解释：置位SPI外设的使能位，启动SPI外设工作。
传入参数：
- spi_periph：SPI外设基地址。
传出参数：无。

（2）spi_disable

函数原型：void spi_disable(uint32_t spi_periph);
功能解释：清零SPI外设的使能位，停止SPI外设工作。
传入参数：
- spi_periph：SPI外设基地址。
传出参数：无。

（3）i2s_enable

函数原型：void i2s_enable(uint32_t i2s_periph);
功能解释：置位I2S外设的使能位，启动I2S外设工作。
传入参数：
- i2s_periph：I2S外设基地址。
传出参数：无。

（4）i2s_disable

函数原型：void i2s_disable(uint32_t i2s_periph);
功能解释：清零I2S外设的使能位，停止I2S外设工作。
传入参数：
- i2s_periph：I2S外设基地址。
传出参数：无。

3. NSS引脚控制类函数

（1）spi_nss_output_enable

函数原型：void spi_nss_output_enable(uint32_t spi_periph);
功能解释：使能SPI的NSS引脚输出功能（仅主模式下有效），用于硬件片选控制。
传入参数：
- spi_periph：SPI外设基地址。
传出参数：无。

（2）spi_nss_output_disable

函数原型：void spi_nss_output_disable(uint32_t spi_periph);
功能解释：禁用SPI的NSS引脚输出功能，切换为软件片选模式。
传入参数：
- spi_periph：SPI外设基地址。
传出参数：无。

（3）spi_nss_internal_high

函数原型：void spi_nss_internal_high(uint32_t spi_periph);
功能解释：软件片选模式下，将SPI的NSS内部信号拉高（取消片选）。
传入参数：
- spi_periph：SPI外设基地址。
传出参数：无。

（4）spi_nss_internal_low

函数原型：void spi_nss_internal_low(uint32_t spi_periph);
功能解释：软件片选模式下，将SPI的NSS内部信号拉低（选中从设备）。
传入参数：
- spi_periph：SPI外设基地址。
传出参数：无。

4. DMA功能控制类函数

（1）spi_dma_enable

函数原型：void spi_dma_enable(uint32_t spi_periph, uint8_t dma);
功能解释：使能SPI的DMA收发功能，支持批量数据的无CPU干预传输。
传入参数：
- spi_periph：SPI外设基地址；
- dma：DMA功能类型（如SPI_DMA_TX：发送DMA；SPI_DMA_RX：接收DMA）。
传出参数：无。

（2）spi_dma_disable

函数原型：void spi_dma_disable(uint32_t spi_periph, uint8_t dma);
功能解释：禁用SPI指定的DMA功能。
传入参数：
- spi_periph：SPI外设基地址；
- dma：DMA功能类型（SPI_DMA_TX/SPI_DMA_RX）。
传出参数：无。

5. 数据收发类函数

（1）spi_i2s_data_transmit

函数原型：void spi_i2s_data_transmit(uint32_t spi_periph, uint16_t data);
功能解释：向SPI/I2S的数据寄存器写入待发送的数据，触发一次数据传输。
传入参数：
- spi_periph：SPI/I2S外设基地址；
- data：待发送的16位数据（SPI可根据配置自动截断为8/16位）。
传出参数：无。

（2）spi_i2s_data_receive

函数原型：uint16_t spi_i2s_data_receive(uint32_t spi_periph);
功能解释：从SPI/I2S的数据寄存器读取接收到的数据。
传入参数：
- spi_periph：SPI/I2S外设基地址。
传出参数：
- 返回值：接收到的16位数据（SPI可根据配置截取8/16位有效位）。

6. 标志位查询类函数

（1）spi_i2s_flag_get

函数原型：FlagStatus spi_i2s_flag_get(uint32_t spi_periph, uint32_t flag);
功能解释：查询SPI/I2S的指定状态标志位是否置位（如发送空、接收满、忙标志等）。
传入参数：
- spi_periph：SPI/I2S外设基地址；
- flag：状态标志位（如SPI_FLAG_TXE：发送空；SPI_FLAG_RXNE：接收满；SPI_FLAG_BSY：忙标志）。
传出参数：
- 返回值：FlagStatus枚举（SET：标志位置位；RESET：标志位清零）。

7. 标志位清除类函数

（1）spi_i2s_flag_clear

函数原型：void spi_i2s_flag_clear(uint32_t spi_periph, uint32_t flag);
功能解释：清除SPI/I2S的指定状态标志位（仅支持可清除的标志位，如溢出标志）。
传入参数：
- spi_periph：SPI/I2S外设基地址；
- flag：待清除的状态标志位（如SPI_FLAG_OVR：溢出标志）。
传出参数：无。

8. 中断控制类函数

（1）spi_i2s_interrupt_enable

函数原型：void spi_i2s_interrupt_enable(uint32_t spi_periph, uint32_t interrupt);
功能解释：使能SPI/I2S的指定中断（如发送空中断、接收满中断、溢出中断等）。
传入参数：
- spi_periph：SPI/I2S外设基地址；
- interrupt：中断类型（如SPI_INT_TXE：发送空中断；SPI_INT_RXNE：接收满中断）。
传出参数：无。

（2）spi_i2s_interrupt_disable

函数原型：void spi_i2s_interrupt_disable(uint32_t spi_periph, uint32_t interrupt);
功能解释：禁用SPI/I2S的指定中断。
传入参数：
- spi_periph：SPI/I2S外设基地址；
- interrupt：中断类型（SPI_INT_TXE/SPI_INT_RXNE等）。
传出参数：无。

9. 中断标志查询/清除类函数

（1）spi_i2s_interrupt_flag_get

函数原型：FlagStatus spi_i2s_interrupt_flag_get(uint32_t spi_periph, uint32_t int_flag);
功能解释：查询SPI/I2S的指定中断标志位是否置位（触发中断的依据）。
传入参数：
- spi_periph：SPI/I2S外设基地址；
- int_flag：中断标志位（如SPI_INT_FLAG_TXE：发送空中断标志；SPI_INT_FLAG_RXNE：接收满中断标志）。
传出参数：
- 返回值：FlagStatus枚举（SET：中断标志置位；RESET：中断标志清零）。

（2）spi_i2s_interrupt_flag_clear

函数原型：void spi_i2s_interrupt_flag_clear(uint32_t spi_periph, uint32_t int_flag);
功能解释：清除SPI/I2S的指定中断标志位（中断处理完成后需手动清除）。
传入参数：
- spi_periph：SPI/I2S外设基地址；
- int_flag：待清除的中断标志位（如SPI_INT_FLAG_OVR：溢出中断标志）。
传出参数：无。

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