本文介绍如何使用STM32标准外设库的GPIO端口模拟SPI，本例程使用PA5、PA6和PA7模拟一路SPI。SPI有4种工作模式，模拟SPI使用模式0，即空闲时SCK为低电平，在奇数边沿采样。

本文适合对单片机及Ｃ语言有一定基础的开发人员阅读，MCU使用STM32F103VE系列。

1.   简介

SPI 协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议(Serial Peripheral Interface)，即串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线。它被广泛地使用在要求通讯速率较高的场合。SPI用于多设备之间通讯，分为主机Master和从机Slave，主机只有一个，从机可以有多个，通过片选信号对从机进行选择，一次只能选择一个从机。通讯只能由主机发起，支持的操作分为读取和写入，即主机读取从机的数据，以及向从机写入数据。

SPI一般有4根线，分别是片选线SS、时钟线SCK、主设备输出\从设备输入MOSI、主设备输入\从设备输出MISO，其中除MISO对于主机为输入引脚外，其他引脚对于主机均为输出引脚。因为有独立的输入和输出引脚，因此SPI支持全双工工作模式，即可以同时接收和发送。

2.    总线传输信号

• 空闲状态：片选信号SS低电平有效，那么空闲状态片选信号SS为高。
• 开始信号及结束信号：开始信号需要将片选信号SS拉低，结束信号需要将片选信号SS拉高。
• 通讯模式：SPI有4种通讯模式，分别为0、1、2、3，根据时钟极性和时钟相位确定，时钟极性分别为空闲低电平和空闲高电平，时钟相位分别为SCK奇数边沿采样和偶数边沿采样。常用的模式为模式0和模式3。
  

SPI模式	时钟极性（空闲时SCK时钟）	时钟相位（采样时刻）
0	低电平	奇数边沿
1	低电平	偶数边沿
2	高电平	奇数边沿
3	高电平	偶数边沿

; h* p0 x$ L- a( D4 j
6 |3 n7 h9 h0 B( ~+ v3.    时序说明

以模式0举例说明：

• 空闲状态：片选信号SS为高，SCK输出低电平。
• 开始信号：片选信号SS变低，SCK输出低电平。
• 结束信号：片选信号SS变高，SCK输出低电平。
• 读取：SCK由低变高之后，读取MISO引脚信号。
• 写入：SCK输出低电平，MOSI引脚输出相应的电平，然后SCK输出高电平。
• 一个时钟周期同时读取和写入：SCK输出低电平，主设备控制MOSI输出相应电平，从设备控制MISO输出相应电平，然后SCK输出高电平，从设备读取MOSI引脚电平，主设备读取MISO引脚电平。即无论主设备还是从设备，均在SCK为低电平时输出信号，在SCK为高电平时读取信号。
  

4.    初始化

初始化跟普通GPIO类似，SCK和MOSI设置为推挽输出，而MISO设置为浮空输入。

GPIO初始化完成之后，SCK置为低电平，进入空闲状态。

5.    模拟信号

由于SPI支持一个周期内同时读取和写入，因此读取和写入操作可以用一个函数实现，而单独的读取函数和写入函数可以通过调用该读写函数实现。

4 k) B0 ]) z, q8 [完整代码（仅自己编写的部分）

1. #define SPI_SCK_1    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5)            /* SCK = 1 */
   
2. #define SPI_SCK_0    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5)        /* SCK = 0 */
   6 p( i2 H5 m/ X3 p& ?0 L
3. 
   , F# ]/ X6 y# r  i7 j( J
4. #define SPI_MOSI_1    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7)            /* MOSI = 1 */
   
5. #define SPI_MOSI_0    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7)        /* MOSI = 0 */
     k% T' e$ s( b, B
6. 
   - @. I( L  R% N# r% A: Z- w: y* e% N
7. #define SPI_READ_MISO    GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6)    /* 读MISO口线状态 */
   
8. 
   & ^  g' }2 r# t5 z7 e4 t
9. #define Dummy_Byte    0xFF    //读取时MISO发送的数据，可以为任意数据
   
10. 
    
11. 
    : }0 X% x8 R, h8 E$ k! g
12. //初始化SPI
    . g* G! D' ?+ e5 M& g. p
13. void SPI_IoInit(void)
    & [8 X& w& L- q, `  ?2 l0 n
14. {
    
15.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    $ i. ]3 Q% N# l: }( u' O
16. 
    # O) \# r. h- s; h$ @0 V8 b
17.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
    4 _/ O3 r% F) T( D# F& Q1 K
18. 
    : u' l0 |3 z0 o6 a8 ?
19.     //CS引脚初始化
    % f- [0 x/ J7 r) k0 j
20.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    6 O. I2 n* c$ j1 F4 O6 Y" M0 K
21.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;           //推挽输出
    : l$ g5 i% R, B; ^/ A0 M
22.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    - l& L. c1 j. ], H/ x
23.     GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
    # ]  N2 @; i4 B; |9 C+ B
24. 
    
25.     //SCK和MOSI引脚初始化
    $ y+ _& r8 U. Y( F- \# f" a- x
26.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7;
    
27.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;           //推挽输出
    
28.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
29.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    2 r& R. G; e% S; N, D
30. 
    " ?* ?4 n/ f: x6 f6 }# L2 {8 |
31.     //MISO引脚初始化
    " c# c+ P  u& _# j; j2 r6 K: R
32.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    ! S+ p2 S& f+ _9 j
33.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU ;               //浮空输入
    
34.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
35. 
    - R1 _5 m. H4 m7 i$ V
36.     SPI_CS_1;
    
37.     SPI_SCK_1;
    
38. }
    
39. 
    
40. //SPI可以同时读取和写入数据，因此一个函数即可满足要求
    " N& Y1 _% `$ ]: k0 V/ K- V% k( H0 [
41. uint8_t SPI_ReadWriteByte(uint8_t txData)
    
42. {
    
43.     uint8_t i;
    9 S) |; I5 X8 J
44.     uint8_t rxData = 0;
    
45. 
    % y) `& I% }4 H: Z
46.     for(i = 0; i < 8; i++)
    . r, |4 h: V  h7 U- c6 w( p
47.     {
    - ~% i, [3 i( ]6 B  D
48.         SPI_SCK_0;
    
49.         delay_us(1);
    + L( G9 ?) c( @; l3 ~* x* c
50.         //数据发送
    : J2 P4 w( X/ i8 c! |
51.         if(txData & 0x80){
    
52.             SPI_MOSI_1;
    9 O, t! z/ ]3 j) z' k0 o
53.         }else{
    9 f4 B% \5 B8 |( N
54.             SPI_MOSI_0;
    
55.         }
    
56.         txData <<= 1;
    
57.         delay_us(1);
    
58. 
    
59.         SPI_SCK_1;
    
60.         delay_us(1);
    * p) c& _9 o6 t' L+ |$ y/ ]! X
61.         //数据接收
    % y/ g2 _# O' V# h8 \8 ?: |
62.         rxData <<= 1;
    
63.         if(SPI_READ_MISO){
    ' Z  b6 [& `  \8 n3 C8 L; r
64.             rxData |= 0x01;
    
65.         }
    
66.         delay_us(1);
    
67.     }
    9 }3 ?  h6 y+ s6 u+ i" R$ E
68.     SPI_SCK_0;
    
69. 
    0 N$ D; r. x! k$ x2 F
70.     return rxData;
    
71. }
    
72. 
    2 I2 Q8 i$ h& P; g
73. uint8_t SPI_ReadByte(void)
    
74. {
    + f# T) ]" W# a' l8 ]; N7 G
75.     return SPI_ReadWriteByte(Dummy_Byte);
    
76. }
    
77. 
    
78. void SPI_WriteByte(uint8_t txData)
    ' a2 @) N5 O7 g3 o  y- b
79. {
    
80.     (void)SPI_ReadWriteByte(txData);
    
81. }

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