STM32MP157AAA开发板通过GPIO模拟SPI驱动通信控制数码管

实验目标：

硬件：STM32MP157AAA开发板+拓展板

管脚：拓展板上数码管（M74HC595），由下图可知，数码管通过SPI与核心板通信，时钟（S）CK对应PE12、主机输出从机输入（MOSI）对应PE14、主机输入从机输出（MISO）对应PE13、从设备选择（CSN）对应PE11，由于当前电路SPI只有一个从设备，因此在硬件层面上将PE11常置为低电平，表示SPI主机连接此数码管。

下图为数码管（M74HC595）的pin脚连接及说明、逻辑符号：

下图为数码管（M74HC595）的SPI收发逻辑，由图可知，该数码管存在串口输入（SERIAL IN）/输出口(SERIAL OUT)、时钟(SCK)、移位寄存器输入清空（SCLR）、锁存器输入使能（RCK）、移位寄存器（SHIFT REGISTER）、锁存器（STORAGE REGISTER）。

图二可知，拓展板使用了两个数码管（M74HC595）芯片来进行数码管控制，由于STM32MP157AAA只给一个数码管（M74HC595）发送SPI数据，主机需要给该数码管发送两组数据，第一组数据经过芯片1，由芯片1再发送给芯片2，表示芯片的位（表示几个数码管，由图二可知有4个数码管），第二组数据在芯片1中处理，表示芯片的段（表示数码管有几个发光二极管组成，由图二可知由8个发光二极管）。

通过图六可知芯片各管脚在不同状态下的操作代表的意义，了解即可：

 梳理：

在数码管（M74HC595）芯片中的移位寄存器（SHIFT REGISTER）处理数据是从低位开始，所以需要以低位在前高位在后的方式发送，如第一组控制位的数据，需要控制数码管第一位使能，字节应当是0B10000000，反转后实际是0B00000001=0X1。

#ifndef _M74HC595_H_
#define _M74HC595_H_

#include "stm32mp1xx_rcc.h"
#include "stm32mp1xx_gpio.h"
#include "delay.h"

#define FIRST_M74HC 0X1    //第一个灯亮
#define SECOND_M74HC 0X2    //第二个灯亮
#define THIRD_M74HC 0X4    //第三个灯亮
#define FORTH_M74HC 0X8    //第四个灯亮
#define ALL_M74HC 0XF    //全部灯亮

#define MATH_0 0X3F
#define MATH_1 0X06
#define MATH_2 0X5B
#define MATH_3 0X4F
#define MATH_4 0X66
#define MATH_5 0X6D
#define MATH_6 0X7D
#define MATH_7 0X07
#define MATH_8 0X7F
#define MATH_9 0X6F


void m75hc595_init();   //初始化m75hc595
void m74hc595_write_byte(unsigned char m74hc_posi, unsigned char m74hc_date);   //写入两组数据，第一个表示位，第二个表示段
void m74hc595_write_byte1(unsigned char m74hc_posi);    //写入一组数据，分两次写入，第一次写入位，第二次写入段

#endif

初始化m74hc595主要配置GPIO输入输出模式和各寄存器，m74hc595_write_byte发送两组数据：

#include "m74hc595.h"

void m75hc595_init()
{
    //使能GPIO外设时钟
    RCC->MP_AHB4ENSETR |= (0X1<<4);

    //PE11设置为输出    NSS
    GPIOE->MODER &= (~(0X3<<22));
    GPIOE->MODER |= (0X1<<22);
    GPIOE->OTYPER &= (~(0X1<<11));
    GPIOE->PUPDR &= (~(0x3<<22));
    GPIOE->OSPEEDR &= (~(0x3<<22));  
    //PE12设置为输出    SCK
    GPIOE->MODER &= (~(0X3<<24));
    GPIOE->MODER |= (0X1<<24);
    GPIOE->OTYPER &= (~(0X1<<12));
    GPIOE->PUPDR &= (~(0x3<<24));
    GPIOE->OSPEEDR &= (~(0x3<<24));  
    //PE13设置为输入    MISO
    GPIOE->MODER &= (~(0X3<<26));
    //PE14数值为输出    MOSI
    GPIOE->MODER &= (~(0X3<<28));
    GPIOE->MODER |= (0X1<<28);
    GPIOE->OTYPER &= (~(0X1<<14));
    GPIOE->PUPDR &= (~(0x3<<28));
    GPIOE->OSPEEDR &= (~(0x3<<28));  

    //PE11输出低电平
    GPIOE->ODR &= (~(0X1<<11));

    //PE12输出低电平
    GPIOE->ODR &= (~(0X1<<12));
}


void m74hc595_write_byte1(unsigned char date)
{
    //
    int i;
    for(i = 0; i < 8; i++)
    {
        //输出高位8bit，再发送地位
        if (date & 0x80)    //  最高位为高
        {
            //PE14输出高电平
            GPIOE->ODR |= (0X1<<14);
        }
        else
        {
            //PE14输出低电平
            GPIOE->ODR &= (~(0X1<<14));
        }
        //PE12输出低电平
        GPIOE->ODR &= (~(0X1<<12));
        //延时等待稳定
        delay(10);
        //PE12输出高电平
        GPIOE->ODR |= (0X1<<12);

        date <<= 1;//左移1位，读下一个bit数据
    }
}

void m74hc595_write_byte(unsigned char m74hc_posi, unsigned char m74hc_date)
{
    //
    int i;
    for(i = 0; i < 8; i++)
    {
        //输出高位8bit，再发送地位
        if (m74hc_posi & 0x80)    //  最高位为高
        {
            //PE14输出高电平
            GPIOE->ODR |= (0X1<<14);
        }
        else
        {
            //PE14输出低电平
            GPIOE->ODR &= (~(0X1<<14));
        }
        //PE12输出低电平
        GPIOE->ODR &= (~(0X1<<12));
        //延时等待稳定
        delay(10);
        //PE12输出高电平
        GPIOE->ODR |= (0X1<<12);

        m74hc_posi <<= 1;//左移1位，读下一个bit数据
    }

    for(i = 0; i < 8; i++)
    {
        //输出高位8bit，再发送地位
        if (m74hc_date & 0x80)    //  最高位为高
        {
            //PE14输出高电平
            GPIOE->ODR |= (0X1<<14);
        }
        else
        {
            //PE14输出低电平
            GPIOE->ODR &= (~(0X1<<14));
        }
        //PE12输出低电平
        GPIOE->ODR &= (~(0X1<<12));
        //延时等待稳定
        delay(10);
        //PE12输出高电平
        GPIOE->ODR |= (0X1<<12);

        m74hc_date <<= 1;//左移1位，读下一个bit数据
    }
}

简单调用配置第一个数码管显示数字5：

#include "m74hc595.h"
int main()
{
	m75hc595_init();

	while(1)
	{
			m74hc595_write_byte(FIRST_M74HC, MATH_5);

			//PE11输出低电平
			GPIOE->ODR &= (~(0X1<<11));
			//延时
			delay(10);

			//PE11输出高电平
			GPIOE->ODR |= (0X1<<11);
			delay_ms(1000);		
	}

	return 0;
}