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SPI协议简介
SPI的通信原理很简单，一般主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或者多个从设备，通常采用的是4根线，它们是MISO（数据输入，针对主机来说）、MOSI（数据输出，针对主机来说）、SCLK（时钟，主机产生）、CS/SS（片选，一般由主机发送或者直接使能，通常为低电平有效）
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SPI接口介绍
SCK：时钟信号，由主设备产生，所以主设备SCK信号为输出模式，从设备的SCK信号为输入模式
CS：使能信号，由主设备控制从设备，所以主设备CS信号为输出模式，从设备的CS信号为输入模式。
MOSI：主设备数据输出，从设备输入，所以主设备MOSI信号为输出模式，从设备的MOSI信号为输入模式
MISO：主设备数据输入，从设备数据输出，所以主设备MISO信号为输入模式，从设备的MISO信号为输出模式
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SPI接口连接图
注意：MOSI和MISO不能交叉连接（可以把主从机理解为一个整体系统，MOSI为系统主机发送从机接收的数据线，MISO为主机接收从机发送的数据线）
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SPI数据传输方向
SPI作为全双工的串行通信协议，数据传输时高位在前，低位在后。主机和从机公用由主机产生的SCK信号，所以在每个时钟周期内主机和从机有1bit的数据交换（因为MOSI和MISO数据线上的数据都是在时钟的边沿处被采样）。如下图
SPI协议规定数据采样是在SCK的上升沿或下降沿时刻（由SPI模式决定，下面会说到），观察上图，在SCK的边沿处（上升沿或下降沿），主机会在MISO数据线上采样（接收来从机的数据），从机会在MOSI数据线上采样（接受来自主机的数据），所以每个时钟周期中会有一bit的数据交换。
?SPI传输模式
SPI总线传输一共有4种模式，这4种模式分别由时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）来定义。
?CPOL:规定了SCK时钟信号空闲状态的电平
CPHA：规定了数据是在SCK时钟的奇数边沿还是偶数边沿被采样
模式0：CPOL=0,CPHA=0 SCK空闲为低电平，数据在SCK的上升沿被采样（提取数据）。
模式1：CPOL=0,CPHA=1 SCK空闲为低电平，数据在SCK的下降沿被采样（提取数据）
模式2：CPOL=1,CPHA=0 SCK空闲为高电平，数据在SCK的下降沿被采样（提取数据）
模式3：CPOL=1,CPHA=1 SCK空闲为高电平，数据在SCK的上升沿被采样（提取数据）
以模式0为例，SCK空闲为低电平，数据在SCK的上升沿被采样（提取数据），在SCK的下降沿奇幻数据线的数据。
- ?在时钟的第一个上升沿（游标1处）（采样点）
MOSI上数据为1，则在此边沿从机采样，数据为1，采样点在MOSI数据线的中间
MISO上数据为0，则在此边沿从机采样，数据为0，采样点在MISO数据线的中间
- 在时钟的第一个下降沿（游标2处）（触发点）
MOSI上数据由1切换为0，数据在时钟的下降沿时切换数据
MISO上数据由0切换为1，数据在时钟的下降沿时切换数据
- 在时钟的第2~8个上升沿（采样点），主机在MISO上采样数据，从机在MOSI上采样数据
- 在时钟的第2~8个下降沿（触发点），主机在MISO上切换数据，从机在MOSI上切换数据
模拟SPI程序
初始化代码
#define SPI_SCK_PIN GPIO_PIN_5 #define SPI_SCK_GPIO_PORT GPIOA #define SPI_MOSI_PIN GPIO_PIN_7 #define SPI_MOSI_GPIO_PORT GPIOA #define SPI_MISO_PIN GPIO_PIN_6 #define SPI_MISO_GPIO_PORT GPIOA #define SPI_NSS_PIN GPIO_PIN_14 #define SPI_NSS_GPIO_PORT GPIOOD #define SPI_SCK_GPIO_CLK_ENABLE() HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_SET) #define MOSI_L HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_RESET) #define SCK_H HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET) #define SCK_L HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET) #define MISO HAL_GPIO_ReadPin(SPI_MISO_GPIO_PORT, SPI_MISO_PIN) #define NSS_H HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_SET) #define NSS_L HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_RESET) void SPI_Init(void) { /*##-1- Enable peripherals and GPIO Clocks #########################*/ /* Enable GPIO TX/RX clock */ SPI_SCK_GPIO_CLK_ENABLE(); SPI_MISO_GPIO_CLK_ENABLE(); SPI_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE(); SPI_NSS_GPIO_CLK_ENABLE(); /*##-2- Configure peripheral GPIO #######################*/ /* SPI SCK GPIO pin configuration */ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; GPIO_InitStruct.Pin = SPI_SCK_PIN; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; //GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; HAL_GPIO_Init(SPI_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct); HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET); /* SPI MISO GPIO pin configuration */ GPIO_InitStruct.Pin = SPI_MISO_PIN; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; HAL_GPIO_Init(SPI_MISO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct); /* SPI MOSI GPIO pin configuration */ GPIO_InitStruct.Pin = SPI_MOSI_PIN; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; HAL_GPIO_Init(SPI_MOSI_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct); HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_SET); GPIO_InitStruct.Pin = SPI_NSS_PIN; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; HAL_GPIO_Init(SPI_NSS_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct); HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_SET); }
模拟SPI4种工作模式：
/*CPOL = 0 , CPHA = 0，MSB first*/
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE0(uint8_t write_data)
{
uint8_t i, read_data;
for(i=0;i<8;i++)
{
if(write_data & 0x80)
MOSI_H;
else
MOSI_L;
write_data <<= 1;
delay_us(1);
SCK_H;
read_data <<= 1;
if(MISO)
read_data++;
delay_us(1);
SCK_L;
__nop();
}
return read_data;
}
/* CPOL=0，CPHA=1, MSB first */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE1(uint8_t byte)
{
uint8_t i,Temp=0;
for(i=0;i<8;i++) // 循环8次
{
SCK_H; //拉高时钟
if(byte&0x80)
{
MOSI_H; //若最到位为高，则输出高
}
else
{
MOSI_L; //若最到位为低，则输出低
}
byte <<= 1; // 低一位移位到最高位
delay_us(1);
SCK_L; //拉低时钟
Temp <<= 1; //数据左移
if(MISO)
Temp++; //若从从机接收到高电平，数据自加一
delay_us(1);
}
return (Temp); //返回数据
}
/* CPOL=1，CPHA=0, MSB first */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE2(uint8_t byte)
{
uint8_t i,Temp=0;
for(i=0;i<8;i++) // 循环8次
{
if(byte&0x80)
{
MOSI_H; //若最到位为高，则输出高
}
else
{
MOSI_L; //若最到位为低，则输出低
}
byte <<= 1; // 低一位移位到最高位
delay_us(1);
SCK_L; //拉低时钟
Temp <<= 1; //数据左移
if(MISO)
Temp++; //若从从机接收到高电平，数据自加一
delay_us(1);
SCK_H; //拉高时钟
}
return (Temp); //返回数据
}
/* CPOL = 1, CPHA = 1, MSB first */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE3( uint8_t write_dat )
{
uint8_t i, read_dat;
for( i = 0; i < 8; i++ )
{
SCK_L;
if( write_dat & 0x80 )
MOSI_H;
else
MOSI_L;
write_dat <<= 1;
delay_us(1);
SCK_H;
read_dat <<= 1;
if( MISO )
read_dat++;
delay_us(1);
__nop();
}
return read_dat;
}