概述

SPI（Serial Peripheral interface）串行外围设备接口，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。
SPI接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

硬件链接

SPI的通信原理很简单，主从工作模式，这种模式通常有一个主机+一个从机或者一个主机+多个从机，一般使用4根线通信，（事实上3根也可以单向传输时），MOSI（输出），MISO（输入），SCK（时钟），CS（片选）。

MOSI：主机输出，从机输入（master output slave input）；
MISO：主机输入，从机输出（master input slave output）；
SCLK ：时钟信号，由主设备产生；
CS：片选信号，由主机发送，以控制与哪个从机通信（通常是低电平有效信号）；

其他制造商可能会遵循其他命名规则，但是最终他们指的相同的含义。以下是一些常用术语；

MISO：也可以是SIMO，DOUT，DO，SDO或SO（在主机端）;
MOSI：也可以是SOMI，DIN，DI，SDI或SI（在主机端）;
CS：也可以是CE，NSS或SSEL;
SCLK：也可以是SCK;

如何区分主机还是从机？
依据是SCLK同步时钟和SS片选是由谁输出，输出方被定义为主机；

如果总线上只有一个从机（一主一从模式），可以直接把从机的CS（片选）脚接地，这样从机就一直处于被选中的状态，可以节省一个IO；

SPI协议解析

数据交换通信方式

在这里插入图片描述
主机和从机都有一个串行移位寄存器，主机通过向它的 SPI 串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。寄存器通过 MOSI 信号线将字节传送给从机，从机也将自己的移位寄存器中的内容通过 MISO 信号线返回给主机。这样，两个移位寄存器中的内容就被交换了。外设的写操作和读操作是同步完成的。

如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节；
若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。

时钟频率

SPI总线上的主机必须在通信开始时候配置并生成相应的时钟信号。

主设备配置SPI接口时钟一定要弄清楚从设备的时钟要求
因为主设备这边的时钟极性和相位都是以从设备为基准的。

时钟极性和相位配置正确后，数据才能够被准确的发送和接收, 因此应该对照从设备的SPI接口时序或者Spec文档说明来正确配置主设备的时钟。

时钟极性 CKP/CPOL

时钟极性用来配置时钟空闲时，时钟总线是高还是低；

CKP = 0：时钟空闲IDLE为低电平 0；
CKP = 1：时钟空闲IDLE为高电平1；

时钟相位 CKE/CPHA

时钟相位/边沿，也就是采集数据时是在时钟信号的第一个跳变沿或者第二个跳变沿；

CKE = 0：在时钟信号SCK的第一个跳变沿(上升沿或者下降沿)采样；
CKE = 1：在时钟信号SCK的第二个跳变沿(上升沿或者下降沿)采样；

SPI四种工作模式

SPI MODE	极性 CPOL	相位 CPHA
0[00]	0	0
1[01]	0	1
2[10]	1	0
3[11]	1	1

示意图：
黑色线为采样数据的时刻

蓝色线为SCK时钟信号，黑色线为采样数据的时刻

stm32 SPI初始化过程

设置spi的模式（主模式或从模式）；
设置SPI的数据大小（8位或16位帧格式）；
设置时钟极性：串行同步时钟空闲状态（高电平或者低电平）；
设置时钟相位：数据采样时机（第一个跳变沿或者第二个跳变沿）；
设置时钟频率：波特率预分频值（）

STM32F429 SPI5初始化代码示例

//spi.h
#ifndef __SPI_H
#define __SPI_H
#include "sys.h"
extern SPI_HandleTypeDef SPI5_Handler;  //SPI句柄
void SPI5_Init(void);
void SPI5_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler);
u8 SPI5_ReadWriteByte(u8 TxData);
#endif

//spi.c
#include "spi.h"	
SPI_HandleTypeDef SPI5_Handler;  //SPI句柄//以下是SPI模块的初始化代码，配置成主机模式 						  
//SPI口初始化
//这里针是对SPI5的初始化
void SPI5_Init(void)
{SPI5_Handler.Instance=SPI5;                         //SP5SPI5_Handler.Init.Mode=SPI_MODE_MASTER;             //设置SPI工作模式，设置为主模式SPI5_Handler.Init.Direction=SPI_DIRECTION_2LINES;   //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线模式SPI5_Handler.Init.DataSize=SPI_DATASIZE_8BIT;       //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构SPI5_Handler.Init.CLKPolarity=SPI_POLARITY_HIGH;    //串行同步时钟的空闲状态为高电平SPI5_Handler.Init.CLKPhase=SPI_PHASE_2EDGE;         //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样SPI5_Handler.Init.NSS=SPI_NSS_SOFT;                 //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制SPI5_Handler.Init.BaudRatePrescaler=SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;//定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256SPI5_Handler.Init.FirstBit=SPI_FIRSTBIT_MSB;        //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始SPI5_Handler.Init.TIMode=SPI_TIMODE_DISABLE;        //关闭TI模式SPI5_Handler.Init.CRCCalculation=SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//关闭硬件CRC校验SPI5_Handler.Init.CRCPolynomial=7;                  //CRC值计算的多项式HAL_SPI_Init(&SPI5_Handler);						//初始化__HAL_SPI_ENABLE(&SPI5_Handler);                    //使能SPI5SPI5_ReadWriteByte(0Xff);                           //启动传输
}//SPI5底层驱动，时钟使能，引脚配置
//此函数会被HAL_SPI_Init()调用
//hspi:SPI句柄
void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();       //使能GPIOF时钟__HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();       //使能GPIOH时钟__HAL_RCC_SPI5_CLK_ENABLE();        //使能SPI5时钟//PF8,9GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9;GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;              //复用推挽输出GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;                  //上拉GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST;             //快速            GPIO_Initure.Alternate=GPIO_AF5_SPI5;           //复用为SPI5HAL_GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_Initure);GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_6;GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;              //复用推挽输出GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;                  //上拉GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST;             //快速            GPIO_Initure.Alternate=GPIO_AF5_SPI5;           //复用为SPI5HAL_GPIO_Init(GPIOH,&GPIO_Initure);GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_5;GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;          //推挽输出GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;                  //上拉GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST;             //快速            HAL_GPIO_Init(GPIOH,&GPIO_Initure);
}//SPI速度设置函数
//SPI速度=fAPB1/分频系数
//@ref SPI_BaudRate_Prescaler:SPI_BAUDRATEPRESCALER_2~SPI_BAUDRATEPRESCALER_2 256
//fAPB1时钟一般为45Mhz：
void SPI5_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));//判断有效性__HAL_SPI_DISABLE(&SPI5_Handler);            //关闭SPISPI5_Handler.Instance->CR1&=0XFFC7;          //位3-5清零，用来设置波特率SPI5_Handler.Instance->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler;//设置SPI速度__HAL_SPI_ENABLE(&SPI5_Handler);             //使能SPI}//SPI5 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
u8 SPI5_ReadWriteByte(u8 TxData)
{u8 Rxdata;HAL_SPI_TransmitReceive(&SPI5_Handler,&TxData,&Rxdata,1, 1000);       return Rxdata;          		    //返回收到的数据		
}