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

  [' v  J$ X- S7 H: |, ~3.    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。

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 */
     G- u% `; W6 r' }7 L% a/ l
2. #define SPI_SCK_0    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5)        /* SCK = 0 */
   # B& J) M7 F, Z( R6 w* J; W
3. 
   9 k* v  H: C9 I% n8 Y# F+ i
4. #define SPI_MOSI_1    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7)            /* MOSI = 1 */
   0 z7 ?0 N* s. |
5. #define SPI_MOSI_0    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7)        /* MOSI = 0 */
   : f7 b+ z- t4 L
6. 
   2 S$ @; j4 ]+ x. Y
7. #define SPI_READ_MISO    GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6)    /* 读MISO口线状态 */
   0 p" e9 g: \' t' S) T
8. 
   
9. #define Dummy_Byte    0xFF    //读取时MISO发送的数据，可以为任意数据
   
10. 
    
11. 
    
12. //初始化SPI
    " M' h2 M, F  g: C& A' o
13. void SPI_IoInit(void)
    
14. {
    
15.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    ( s5 Q8 t3 S  Y3 o* Q" D! l# q( [+ d
16. 
    
17.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
    
18. 
    
19.     //CS引脚初始化
    
20.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    $ k+ T- S* g$ L' A* e  g
21.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;           //推挽输出
    
22.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    0 A) V2 M7 W5 A+ P
23.     GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
    
24. 
    ! a5 B8 O# N/ d9 A4 h* f  `
25.     //SCK和MOSI引脚初始化
    ( |/ f5 n& O1 W" ~5 C
26.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7;
    5 _) n- J& c% m$ l3 V. ?
27.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;           //推挽输出
    $ h1 n  P3 Y9 u3 C
28.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    6 [- I2 Q6 x5 ^3 E6 J7 |
29.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    & i. {' l/ `3 s- q6 \; R
30. 
      x$ A" B" O( h' w2 r/ T
31.     //MISO引脚初始化
    
32.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    
33.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU ;               //浮空输入
    
34.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
35. 
    
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
    
41. uint8_t SPI_ReadWriteByte(uint8_t txData)
    
42. {
    : U9 A2 m  [* I9 h
43.     uint8_t i;
    
44.     uint8_t rxData = 0;
    $ F5 i* Z$ ?; w# c! f' P/ [
45. 
    1 E' I7 J0 t) V+ y
46.     for(i = 0; i < 8; i++)
    1 @2 n% M8 C+ L2 f4 m9 F7 {# ~
47.     {
    ' j, E$ \: x8 s
48.         SPI_SCK_0;
    
49.         delay_us(1);
    * s6 R* L. q$ W
50.         //数据发送
    ' ^; f" X4 ^8 r/ @
51.         if(txData & 0x80){
    
52.             SPI_MOSI_1;
    # v! o# o$ H* V8 Q* x
53.         }else{
    
54.             SPI_MOSI_0;
    
55.         }
    $ h+ }! G- l; h) r: u; u
56.         txData <<= 1;
    6 M. L( W: @& a
57.         delay_us(1);
    
58. 
    
59.         SPI_SCK_1;
    % u0 t/ D7 }4 H, |% g
60.         delay_us(1);
    % N3 h6 c% i7 B6 b+ ^4 `
61.         //数据接收
    
62.         rxData <<= 1;
    & e. S* w3 _. Z4 ~3 X: _6 L
63.         if(SPI_READ_MISO){
    ! P: R' H0 M6 O
64.             rxData |= 0x01;
    ' W3 r& s: {: O2 Y4 q2 a+ A
65.         }
    
66.         delay_us(1);
    6 t! p% k6 I& W# i# O
67.     }
    
68.     SPI_SCK_0;
    
69. 
    
70.     return rxData;
    % z% i) v, R* Y" n' c& b% H! ?6 D& f5 F
71. }
    # @7 {; m: r+ \" M$ D. e
72. 
      K3 O- k  x3 \1 |% n. H
73. uint8_t SPI_ReadByte(void)
    ; \1 M0 d7 ]! F# h. }
74. {
    ' C. o3 Z1 D6 S: w7 D& f
75.     return SPI_ReadWriteByte(Dummy_Byte);
    
76. }
    
77. 
    
78. void SPI_WriteByte(uint8_t txData)
    
79. {
    
80.     (void)SPI_ReadWriteByte(txData);
    
81. }

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