目录

1.SPI通信简介

1.1 主从模式

1.2 4根通信线

        1.3 数据传输

2. SPI总线时序及其4种工作模式

2.1 SPI数据移位示意

2.2 SPI四种工作模式

2.2.1  mode 0 ：CPOL = 0,CPHA=0

2.2.2 mode 1： CPOL = 0，CPHA = 1

2.2.3 mode 2： CPOL = 1，CPHA = 0

2.2.4 mode 3： CPOL = 1，CPHA = 1

3.  SPI 模式0 代码编写

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1.SPI通信简介

SPI（Serial Peripheral Interface）通信是一个全双工、同步，可以一主多从的一种串行通信协议，该通信模式需要4根线，分别是MISO\MOSI\CLK\CS，广泛用于微控制器与各种外围设备（如传感器、存储器、显示器等）之间的数据交换。

1.1 主从模式

        SPI采用主从模式（Master-Slave）。在通信过程中，通常有一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）。主设备控制整个通信过程。

1.2 4根通信线

        MISO（Master input Slave Output）：主设备接收数据，从设备发送数据。一般主设备的MISO引脚连接到从设备的MOSI引脚。

        MOSI（Master output Slave Input）：主设备发送数据，从设备接收数据。主设备的MOSI引脚连接到从设备的MISO引脚

        SCK（Serial Clock）：同步时钟线，由主设备生成，用于同步数据传输。主设备的SCK引脚连接到从设备的SCK引脚。

        CS/SS（Chip Select/ Slave Select）：从设备选择信号，由主设备控制，低电平有效。在单主多从的模式下，主设备通过控制相应从机的CS引脚来选择和哪个从设备进行通信。只有被主设备选择的从设备才能相应从设备的指令。

一主多从的接线图如下所示：

        

        在和STM32 进行接线的时候，输出引脚需要配置为推挽输出模式，输入引脚需要配置为浮空或者上拉输入。

        1.3 数据传输

        SPI总线在传输设备时，先传送高位，后传送低位；数据线为高电平表示逻辑1，低电平表示逻辑0，主设备/从设备在时钟线的上升沿或者下降沿往数据线上发送数据，or读取数据。

        SPI为全双工通信，全双工通信即可以同时发送和接收数据。

2. SPI总线时序及其4种工作模式

2.1 SPI数据移位示意

SPI数据是如何在主机和从机之间传输的？下图展示了前两位数据移动的过程，主机波特率发生器生成时钟信号，通过SCK将时钟信号同步给从机。SPI是先传送高位，后传送低位，因此会将数据左移，每来一个时钟信号，完成一位数据传输。

对于SPI时序和数据发送不太清楚的，强烈推荐观看B站UP主江协科技的STM32SPI章节。传送门：江协科技-SPI讲解

2.2 SPI四种工作模式

主设备会通过波特率发生器来产生相应的时钟脉冲，时钟脉冲组成了时钟信号，时钟信号通过时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）控制着两个SPI设备间何时数据交换以及何时对接收到的数据进行采样，来保证数据在两个设备之间是同步传输的。

1. CPOL = 1：表示空闲时是高电平
2. CPOL = 0：表示空闲时是低电平
3. CPHA = 1：表示从第一个跳变沿开始采样
4. CPHA = 0：表示从第二个跳变沿开始采样

SPI通过时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）的搭配来得到四种工作模式。

2.2.1  mode 0 ：CPOL = 0,CPHA=0

模式0的特性为：

CPOL = 0：空闲时是SCK低电平，第1个跳变沿是上升沿，第2个跳变沿是下降沿
CPHA = 0：数据在第1个跳变沿（上升沿）采样（SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据）

mode 0模式下SCK低电平表示空闲，可以看到SS从高电平拉达到低电平，表示主机选择该从机，MISO也从高阻状态变换到高电平（或者低电平，由具体数据决定）。

模式0表示SCK第一个跳变沿进行采样，第二个边沿即表示一个时钟周期，完成数据移位。

2.2.2 mode 1： CPOL = 0，CPHA = 1

模式1的特性为

CPOL = 0：空闲时是SCK低电平，第1个跳变沿是上升沿，第2个跳变沿是下降沿
CPHA = 1：数据在第2个跳变沿（上升沿）采样（SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据）

mode 1 模式下，SCK低电平国表示空闲，在第一个时钟跳变沿沿到来时，主从两机已经做好准备，并在第二个跳变沿进行数据传输。

2.2.3 mode 2： CPOL = 1，CPHA = 0

模式2的特性为：

CPOL = 1：空闲时SCK为高电平

CPHA = 0：第一个时钟跳变沿进行采样

模式2状态下，SCK高电平为空闲，第一个跳变沿进行数据传输。

2.2.4 mode 3： CPOL = 1，CPHA = 1

模式3的特性为：

CPOL = 1：空闲时SCK高电平

CPHA = 1：第二个时钟跳变沿进行采样

模式3状态下，SCK高电平为空闲，第二个跳变沿进行数据传输。

3.  SPI 模式0 代码编写

代码来自B站up主：江协科技

//spi_.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/*引脚配置层*/

/**
  * 函    数：SPI写SS引脚电平
  * 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SS的电平，范围0~1
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SS为低电平，当BitValue为1时，需要置SS为高电平
  */
void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);		//根据BitValue，设置SS引脚的电平
}

/**
  * 函    数：SPI写SCK引脚电平
  * 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SCK的电平，范围0~1
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SCK为低电平，当BitValue为1时，需要置SCK为高电平
  */
void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue);		//根据BitValue，设置SCK引脚的电平
}

/**
  * 函    数：SPI写MOSI引脚电平
  * 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入MOSI的电平，范围0~0xFF
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置MOSI为低电平，当BitValue非0时，需要置MOSI为高电平
  */
void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue);		//根据BitValue，设置MOSI引脚的电平，BitValue要实现非0即1的特性
}

/**
  * 函    数：I2C读MISO引脚电平
  * 参    数：无
  * 返 回 值：协议层需要得到的当前MISO的电平，范围0~1
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，当前MISO为低电平时，返回0，当前MISO为高电平时，返回1
  */
uint8_t MySPI_R_MISO(void)
{
	return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6);			//读取MISO电平并返回
}

/**
  * 函    数：SPI初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，实现SS、SCK、MOSI和MISO引脚的初始化
  * CS——PA4
  * DO——PA6 从机输出
  * CLK—PA5 
  * DI——PA7 从机输入
  */
void MySPI_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA4、PA5和PA7引脚初始化为推挽输出
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA6引脚初始化为上拉输入
	
	/*设置默认电平*/
	MySPI_W_SS(1);											//SS默认高电平
	MySPI_W_SCK(0);											//SCK默认低电平
}

/*协议层*/

/**
  * 函    数：SPI起始
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void MySPI_Start(void)
{
	MySPI_W_SS(0);				//拉低SS，开始时序
}

/**
  * 函    数：SPI终止
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void MySPI_Stop(void)
{
	MySPI_W_SS(1);				//拉高SS，终止时序
}

/**
  * 函    数：SPI交换传输一个字节，使用SPI模式0
  * 参    数：ByteSend 要发送的一个字节
  * 返 回 值：接收的一个字节
  */

uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{
	uint8_t i, ByteReceive = 0x00;					//定义接收的数据，并赋初值0x00，此处必须赋初值0x00，后面会用到
	
	for (i = 0; i < 8; i ++)						//循环8次，依次交换每一位数据
	{
		MySPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80 >> i));		//使用掩码的方式取出ByteSend的指定一位数据并写入到MOSI线
		MySPI_W_SCK(1);								//拉高SCK，上升沿移出数据
		if (MySPI_R_MISO() == 1){ByteReceive |= (0x80 >> i);}	//读取MISO数据，并存储到Byte变量
																//当MISO为1时，置变量指定位为1，当MISO为0时，不做处理，指定位为默认的初值0
		MySPI_W_SCK(0);								//拉低SCK，下降沿移入数据
	}
	
	return ByteReceive;								//返回接收到的一个字节数据
}

如果对最后一段位操作有些迷糊的，可以看另一篇博文：嵌入式移位赋值操作详解。