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【ESP32】SPIの使い方（C言語）

2026/04/15に公開

こんにちは、星杜なぎさです。

今回は、ESP32-WROOM-32Eを使ってC言語でSPI通信を使ったサンプルを動作させてみました。

 環境PC：Windows11 Home
ESP-IDF : v5.5.1
使用言語：C言語

マイコン：ESP32-WROOM-32E

 1. SPIとは？以下、参考サイト参照のこと
SPIの基本を学ぶ

https://www.analog.com/jp/resources/analog-dialogue/articles/introduction-to-spi-interface.html

 2. ESP32でSPIを使う上での知識ESP32には4つのSPIが存在する（SPI0/1/2/3）
SPI0とSPI1は、内蔵フラッシュなどで予約・使用済みのため、極力避けるべし
つまり、SPI2とSPI3を使うのがベター（画像中の赤枠・青枠の部分）



 3. 実用例ここからは、SPI通信を使ってデバイスと通信するサンプルコードを記載していく。

 3.1 microSDcard Adapter以下の動作をするプログラムを作成しました。
microSDcardにファイル"HELLO.TXT"を作成
文字列"Hello, ESP32 SPI microSD!"を書き込む
再度"HELLO.TXT"を読み込んで、内容を表示する

 microSDcardの準備microSDカードのフォーマットを"FAT32"にしてください（32GB以下推奨）
具体的なフォーマット方法
USBなどで接続した後、エクスプローラーから「フォーマット」を選択


フォーマットをFAT32にして、開始をクリック


フォーマットが完了するまで待つ


プロパティを見たときに、フォーマットがFATになってればOK




 配線図以下のように配線する。


ESP32
microSDcardAdapter


3V3
3V3

GPIO 5
CS

GPIO 23
MOSI

GPIO 18
CLK

GPIO 19
MISO

GND
GND


 プログラム簡単に解説すると、以下の流れである
24～37行目：SPI通信のHOST(master)側の設定
39～42行目：SPI通信のDEVICE(slave)側の設定
44～51行目：microSDcardのマウント処理
59～67行目：microSDcard内にtxtファイルを作成し、書き込む
71行目：microSDcardをアンマウント処理
長いので折り畳み#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/spi_common.h"
#include "driver/sdspi_host.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "sdmmc_cmd.h"
#include "esp_vfs_fat.h"
#include "esp_log.h"

#define MOUNT_POINT "/sdcard"
static const char *TAG = "SD_SPI";

void app_main(void)
{
    esp_err_t ret;
    sdmmc_card_t* card;
    const char *text = "Hello, ESP32 SPI microSD!\n";

    // SPIの設定
    sdmmc_host_t host = SDSPI_HOST_DEFAULT();
    spi_bus_config_t bus_cfg = {
        .mosi_io_num = 23,
        .miso_io_num = 19,
        .sclk_io_num = 18,
        .quadwp_io_num = -1,
        .quadhd_io_num = -1,
        .max_transfer_sz = 4000,
    };
    ret = spi_bus_initialize(host.slot, &bus_cfg, SDSPI_DEFAULT_DMA);
    if (ret != ESP_OK){
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize SPI bus: %s", esp_err_to_name(ret));
        return;
    };

    // SDカードの設定
    sdspi_device_config_t slot_config = SDSPI_DEVICE_CONFIG_DEFAULT();
    slot_config.gpio_cs = 5;  // CSピン
    slot_config.host_id = host.slot;

    // FATファイルシステムのマウント設定
    esp_vfs_fat_sdmmc_mount_config_t mount_config = {
        .format_if_mount_failed = false,
        .max_files = 5,
        .allocation_unit_size = 16 * 1024
    };

    ret = esp_vfs_fat_sdspi_mount(MOUNT_POINT, &host, &slot_config, &mount_config, &card);
    if (ret != ESP_OK){
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to mount filesystem: %s", esp_err_to_name(ret));
        return;
    };
    ESP_LOGI(TAG, "SD card mounted");

    // ファイルの書き込み
    FILE* f = fopen(MOUNT_POINT"/Hello.txt", "w");
    if (f == NULL){
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to open file for writing");
        esp_vfs_fat_sdcard_unmount(MOUNT_POINT, card);
        return;
    };
    fprintf(f, "%s", text);
    fclose(f);
    ESP_LOGI(TAG, "File written");

    // アンマウント
    esp_vfs_fat_sdcard_unmount(MOUNT_POINT, card);
    ESP_LOGI(TAG, "Card unmounted");
}

 出力正常に動作すれば、microSDカードに、HELLO.TXTという名前のファイルが書き込まれる。
!FAT形式の場合、8.3形式（ファイル名8文字以下、拡張子3文字以下）の制限があるため、保存するファイル名を変更する際は注意されたし

 3.2 加速度センサ：ADXL345私の持っているADXL345は、SPI通信も対応していたため、使用してみた。

 配線図SPI通信にありがちなMOSIやMISOではないため分かりづらいが、以下の配線でOK


ESP32
ADXL345


GND
GND

3V3
VCC

GPIO 5
CS

GPIO 19
SDO

GPIO 23
SDA

GPIO 18
SCL

こんな感じ。


 プログラム重要なところだけ解説する
void spi_init(void)

spi_bus_initialize()でHOST側の設定

spi_bus_add_device()でSPI通信用のデバイスを追加する

デバイスへの書き込みはspi_device_transmit()で行う
長いので折り畳み#include <stdio.h>
#include "esp_log.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "driver/spi_master.h"

#define TAG "ADXL345_SPI"

// ピン定義
#define PIN_NUM_MISO 19  // SDOに繋ぐ
#define PIN_NUM_MOSI 23  // SDAに繋ぐ
#define PIN_NUM_CLK  18  // SCLに繋ぐ
#define PIN_NUM_CS   5   // CSに繋ぐ

#define SPI_HOST SPI3_HOST

// ADXL345 レジスタ
#define REG_DEVID        0x00
#define REG_POWER_CTL    0x2D
#define REG_DATA_FORMAT  0x31
#define REG_DATAX0       0x32

static spi_device_handle_t spi;


// SPI初期化
void spi_init(void)
{
    spi_bus_config_t buscfg = {
        .miso_io_num = PIN_NUM_MISO,
        .mosi_io_num = PIN_NUM_MOSI,
        .sclk_io_num = PIN_NUM_CLK,
        .quadwp_io_num = -1,
        .quadhd_io_num = -1,
    };

    spi_device_interface_config_t devcfg = {
        .clock_speed_hz = 1 * 1000 * 1000, // 1MHz
        .mode = 3,                         // SPI Mode 3
        .spics_io_num = PIN_NUM_CS,
        .queue_size = 1,
    };
    ESP_ERROR_CHECK(spi_bus_initialize(SPI_HOST, &buscfg, SPI_DMA_CH_AUTO));
    ESP_ERROR_CHECK(spi_bus_add_device(SPI_HOST, &devcfg, &spi));
}

// 1バイト書き込み
void adxl_write(uint8_t reg, uint8_t data)
{
    spi_transaction_t t = {0};
    uint8_t tx[2];

    tx[0] = reg & 0x3F; // 書き込み
    tx[1] = data;

    t.length = 8 * 2;
    t.tx_buffer = tx;

    spi_device_transmit(spi, &t);
}

// 複数バイト読み込み
void adxl_read(uint8_t reg, uint8_t *data, int len)
{
    spi_transaction_t t = {0};
    uint8_t tx[1 + len];
    uint8_t rx[1 + len];

    tx[0] = reg | 0xC0;
    memset(&tx[1], 0, len);

    t.length = (1 + len) * 8;
    t.tx_buffer = tx;
    t.rx_buffer = rx;

    spi_device_transmit(spi, &t);

    memcpy(data, &rx[1], len);
}

// 初期設定
void adxl_init(void)
{
    // Standby
    adxl_write(REG_POWER_CTL, 0x00);

    // フル解像度 ±2g
    adxl_write(REG_DATA_FORMAT, 0x08);

    // 測定モード
    adxl_write(REG_POWER_CTL, 0x08);
}

// 加速度取得
void read_accel(int16_t *x, int16_t *y, int16_t *z)
{
    uint8_t data[6];
    adxl_read(REG_DATAX0, data, 6);

    *x = (int16_t)(((uint16_t)data[1] << 8) | data[0]);
    *y = (int16_t)(((uint16_t)data[3] << 8) | data[2]);
    *z = (int16_t)(((uint16_t)data[5] << 8) | data[4]);
}

// メイン
void app_main(void)
{
    spi_init();
    adxl_init();

    ESP_LOGI(TAG, "ADXL345 Initialized");

    while (1) {
        int16_t x, y, z;

        read_accel(&x, &y, &z);

        ESP_LOGI(TAG, "X=%d Y=%d Z=%d", x, y, z);

        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
    }
}

 出力このようにX, Y, Zの計測値が表示される。


 3.3 OLEDディスプレイ：ssd1306nopnop2002さんのgithubからesp-idf-ssd1306を使用させていただきました。

https://github.com/nopnop2002/esp-idf-ssd1306

 準備git cloneで、リポジトリをローカルに保存する
git clone https://github.com/nopnop2002/esp-idf-ssd1306.git
mainフォルダのある階層にgit cloneした中にあるcomponentsフォルダをコピーする

mainフォルダがある方のCMakeLists.txtを以下の１文を追記する。
set(EXTRA_COMPONENT_DIRS ../components/ssd1306)
menuconfigの設定を書き換え

SSD1306 Configuration / Interface (I2C Interface) / SPI Interfaceにチェックを入れる
具体的なmenuconfigの操作画面SSD1306 Configurationで右矢印キーを押す



Interface (I2C Interface)で右矢印キーを押す



( )SPI Interface で右矢印キーを押す



Escキーでホームまで戻り、Yボタンで設定を反映する


 配線図

ESP32
SSD1306(SPI)


GND
GND

3V3
VCC

GPIO 18
D0

GPIO 23
D1

GPIO 15
RES

GPIO 4
DC

GPIO 5
CS

つまり、こんな感じ。


 プログラムnopnop2002さんのgithub上のプロジェクト「TextDemo」を使用しました。

 出力

 3.4 RFIDタグ：RFID-RC522Sponge5さんのgithubを使わせていただきました。

https://github.com/Sponge5/rc522

 準備mainフォルダと同じ階層にcomponentsフォルダを作成し、そこでgit cloneする。
mkdir components
cd components
git clone https://github.com/Sponge5/rc522.git
依存関係を修正する。

rc522フォルダ内のCMakeLists.txtとidf_component.yml



mainフォルダの中のCMakeLists.txtに追記


 配線図SPI通信で接続する場合は、以下のように配線する

IRQ(割り込み)は、今回使用しないため未接続にしている


ESP32
RFID_RC522


GPIO 5
SDA

GPIO 18
SCL

GPIO 23
MOSI

GPIO 19
MISO

-(N.C)
IRQ

GND
GND

GPIO 22
RST

3V3
3.3V

こんな感じ。


 プログラムgithubのexampleから、GPIOのPIN番号変更のみ行っています。
短いけど折り畳み#include <esp_log.h>
#include <inttypes.h>
#include "rc522.h"

static const char* TAG = "rc522-demo";
static rc522_handle_t scanner;

static void rc522_handler(void* arg, esp_event_base_t base, int32_t event_id, void* event_data)
{
    rc522_event_data_t* data = (rc522_event_data_t*) event_data;

    switch(event_id) {
        case RC522_EVENT_TAG_SCANNED: {
                rc522_tag_t* tag = (rc522_tag_t*) data->ptr;
                ESP_LOGI(TAG, "Tag scanned (sn: %" PRIu64 ")", tag->serial_number);
            }
            break;
    }
}

void app_main()
{
    rc522_config_t config = {
        .spi.host = VSPI_HOST,
        .spi.miso_gpio = 19,
        .spi.mosi_gpio = 23,
        .spi.sck_gpio = 18,
        .spi.sda_gpio = 5,
    };

    rc522_create(&config, &scanner);
    rc522_register_events(scanner, RC522_EVENT_ANY, rc522_handler, NULL);
    rc522_start(scanner);
}

 出力カードやタグを近づけると、読み取った番号が表示されます。


 4. まとめESP32でC言語を用いたSPI通信を使った事例を試した
github上にある先駆者のコードを使うことで、簡単に使用することができた
menuconfigなどの設定は見落としがちなので注意！

ESP32	RFID_RC522
GPIO 5	SDA
GPIO 18	SCL
GPIO 23	MOSI
GPIO 19	MISO
-(N.C)	IRQ
GND	GND
GPIO 22	RST
3V3	3.3V

環境

1. SPIとは？

2. ESP32でSPIを使う上での知識

3. 実用例

3.1 microSDcard Adapter

microSDcardの準備

配線図

プログラム

出力

3.2 加速度センサ：ADXL345

配線図

プログラム

出力

3.3 OLEDディスプレイ：ssd1306

準備

配線図

プログラム

出力

3.4 RFIDタグ：RFID-RC522

準備

配線図

プログラム

出力

4. まとめ

Discussion