PIO实现SPI协议通信
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简介
本项目基于RP2040微控制器的可编程I/O（PIO）模块，采用MicroPython v1.23.0实现SPI串行通信协议，重点实现了CPHA=0、CPOL=0模式下的8位数据传输。项目封装了通用的PIOSPI类，支持阻塞式的SPI写、读、写读操作，并提供了数据收发回环测试的示例程序，适用于需要高效、低延迟SPI通信的场景。
主要功能
- 基于RP2040 PIO状态机实现SPI协议（CPHA=0、CPOL=0），支持8位字节数据传输；
- 封装PIOSPI类，提供简洁的SPI通信接口，包括
write（仅写）、read（仅读）、write_read（写读）阻塞式操作； - 支持自定义SPI时钟频率、片选（CS）引脚、MOSI/SCK/MISO引脚；
- 提供SPI数据收发回环测试示例，验证通信功能的正确性。
文件说明
| 文件名 | 功能说明 |
|---|---|
| pio_spi.py | 核心实现文件，包含SPI协议的PIO汇编程序（spi_cpha0）、PIOSPI类的封装，实现SPI底层通信逻辑 |
| main.py | 测试示例文件，初始化PIOSPI类并执行SPI数据收发回环测试，循环打印接收数据 |
软件设计核心思想
- PIO程序设计：通过
@asm_pio装饰器编写汇编级PIO程序，配置自动拉取（autopull）、自动推送（autopush）、移位阈值为8位，适配8位字节传输；利用侧集（sideset）引脚控制SCK时钟电平，通过out指令输出MOSI数据、in_指令读取MISO数据，结合寄存器x实现8位数据的循环传输； - 类封装思想：PIOSPI类封装PIO状态机的初始化、激活、数据收发逻辑，对外暴露简洁的读写接口，屏蔽底层PIO操作细节；
- 时序匹配：严格遵循CPHA=0、CPOL=0的SPI时序规则，在时钟下降沿输出MOSI数据，上升沿采样MISO数据，保证数据传输的准确性。
使用说明
环境要求
- 硬件：RP2040开发板（如Raspberry Pi Pico）；
- 软件：MicroPython v1.23.0固件。
硬件接线
- 回环测试：将MOSI引脚（示例为GP10）与MISO引脚（示例为GP10）短接（同一引脚）；
- 常规使用：根据需求连接MOSI、SCK、MISO、CS引脚到外设，确保MOSI与SCK引脚相邻；
- 示例接线：MOSI(GP10)、SCK(GP11)、CS(GP12)，MISO与MOSI短接（回环测试）。
部署与运行
- 将
pio_spi.py和main.py上传到RP2040开发板； - 复位开发板或直接执行
main.py； - 查看串口输出，验证SPI数据收发结果。
示例程序
以下是核心的回环测试示例（对应main.py）：
# 导入依赖模块
import time
from pio_spi import PIOSPI
# 待发送的测试数据
tx_list = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
# 延时等待设备初始化
time.sleep(3)
print('FreakStudio : Using PIO to implement the SPI protocol')
# 初始化PIOSPI类（回环测试配置）
spi = PIOSPI(
sm_id=0,
pin_mosi=10,
pin_sck=11,
pin_miso=10,
pin_cs=12,
cpha=False,
cpol=False,
freq=1000000
)
# 循环执行SPI写读操作
while True:
data = spi.write_read(tx_list)
print('FreakStudio : SPI data received : {}'.format(data))
time.sleep(1)
注意事项
- 仅支持CPHA=0、CPOL=0模式，传入其他参数会触发断言错误；
- MOSI引脚必须与SCK引脚相邻（MOSI = SCK ±1），否则会触发断言错误；
- 数据传输单位为8位字节，输入的待发送数据需为8位整数列表；
- 状态机编号（sm_id）需选择未被占用的编号，避免冲突；
- 片选引脚（CS）初始状态为高电平，数据传输时拉低，传输完成后拉高。
联系方式
如有任何问题或需要帮助，请通过以下方式联系开发者：
📧 邮箱：liqinghsui@freakstudio.cn
💻 GitHub：https://github.com/FreakStudioCN
许可协议
本项目采用MIT开源许可协议，具体条款如下：
MIT License
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