本篇基于ST公司最经典的产品(STM32F103)向大家讲解SPI协议。

一、SPI的诞生

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用三/四根线，这种接口首先由摩托罗拉公司于20世纪80年代中期开发，后发展成了行业规范，它的典型应用有SD卡与液晶显示器。

SPI总线规定了4个保留逻辑信号接口：

SCLK（Serial Clock）：串列时脉，由主机发出

MOSI（Master Output, Slave Input）：主机输出从机输入信号（数据由主机发出）

MISO（Master Input, Slave Output）：主机输入从机输出信号（数据由从机发出）

SS（Slave Select）：片选信号，由主机发出，一般是低电位有效

以上接口不一定全部都需要使用，例如有的器件直接将SS接地或者接VCC，就只用使用3根。

如何能做到“全双工”呢？依靠上面的MOSI和MISO通过通信即可。

二、常见SPI的设置（以STM32CubeMX讲解）

SPI可以分为软件SPI和硬件SPI。

先来说一说软件SPI，是通过代码控制SPI需要的3/4条线的高低电平变换，模拟出来SPI协议并进行通讯，这个方法常用于没有搭载SPI外设的单片机，或者是使用了一些不支持复用SPI功能的引脚。

硬件SPI是直接使用单片机的引脚复用SPI外设，引脚电平无需我们关心，只需要设置为复用输出，并向特定的寄存器中写入/读取需要传输的数据即可，我们可以通过查阅STM32的数据手册/使用STM32CubeMX知道有3个SPI外设可用（部分只有两个）以及可复用的引脚（这是复用没有重映射的引脚），如下图：

       这里以SPI1外设配合STM32CubeMX软件向大家讲解：

SPI模式：

Full-Duplex Master/Slave：全双工模式，同时使用MISO和MOSI两条线传输数据，如果是Master，STM32在这个通信系统中扮演主机的角色，如果是Slave，STM32在这个通信系统中扮演从机的角色。

Half-Duplex Master/Slave：半工模式，只使用MISO和MOSI中的一条线传输数据，使用哪一条取决于STM32在这个通信系统中扮演的角色，如果是Master，使用MOSI，反之，使用MISO，主机和从机共用一条线进行数据传输，所以主机和从机不能发送数据，虽然比全双工节省一条线，但是速率低于全双工

如下图，这是一块spi协议的LCD接口图，采用的是Half-Duplex Master模式。

下图为这块LCD芯片的数据手册的部分时序图片，这是一个读取ID信息的时序图，采用半双工，首先STM32作为master，给其发送一个读命令，对应图中Interface-I SDA的前8位数据(D7-D0，D/C位是一个引脚的电平，对应原理图中的WR_RS，低电平时，代表接下来的数据为命令数据；高电平时，代表接下来的数据为显存数据)，发送完毕之后将MOSI引脚上拉，在SCK引脚的上升沿将MOSI引脚的电平读取，8位一组，这就对应图中Interface-I SDA的后8位数据(D7到D0)，部分读者可能看不懂我这里说的，不要紧，先后看，全部看完在回过头来看你就懂了。

       Receive/Transmit Only Master/Salve：只接收/只发送主/从模式，这两个模式为单向通信，只发或者只接收，一般很少用。

       下面来说一说SPI外设的参数配置，这里以Half-Duplex Master模式，根据上面LCD的例子来配置，配置参数如下图：

Frame Format：数据帧格式默认为Motorola。

Data Size：可以选择8bit/16bit，这里就以8bit为例，一帧数据大小为1字节。

First Bit：根据前面的时序图，可以知道是先传输高位，所以选择MSB；LSB是先传输低位。

Prescaler：预分频系数，可以调节传送的速率，每个时钟周期可以传输1Bit，由于目前分到SPI1的时钟为8MHz，所以2分频的传输速率为4Mbit/s。

Baud Rate：取决于预分频系数。

Clock Polarity：时钟极性，如果是Low，SPI在不传输数据的时候保持低电平；如果是High，SPI在不传输数据的时候保持高电平。

Clock Phase：采样沿设置，取决于芯片手册和时钟极性，例如前面所说的LCD设备是在上升沿采样，但是我们时钟极性设置为High，所以这里要设置为第二个时钟沿采样（上升沿）。

CRC：CRC校验，这里不需要。

NSS Signal Type：片选信号控制，不需要硬件自动控制，我们通过软件控制（将连接片选脚的GPIO设置为推挽，等需要选中时，手动去设置该引脚的电平状态）。