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。

$ N0 {; H4 d: I6 k- q/ c7 ?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。
  9 t- o; [. Y; i. J

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

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。
  " g! J& a) u$ L) `( c

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。

$ p& j1 a2 c- J  t$ y9 n" X/ V完整代码（仅自己编写的部分）
( G6 O8 o2 J  b2 |# l5 g/ c

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 */
   . S$ [) e* q$ I/ Y" B7 n; O
3. 
   9 g* R5 [1 [0 x: I. d9 i
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 */
   # k6 y& T; t* L9 `3 c. p# A# m, N4 y
6. 
   
7. #define SPI_READ_MISO    GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6)    /* 读MISO口线状态 */
   # T! P# K2 D9 O4 U3 n
8. 
   
9. #define Dummy_Byte    0xFF    //读取时MISO发送的数据，可以为任意数据
   
10. 
    . j1 `  `! b0 o6 {
11. 
    $ w4 F( m: R0 n
12. //初始化SPI
    : \( e) e3 L$ u
13. void SPI_IoInit(void)
    ( ^9 ^. u5 N; }& Y% A
14. {
    
15.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    * K+ g2 b' V0 R
16. 
    
17.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
    + L2 _, ~% n, T) t+ F3 b# w
18. 
    0 [! w3 b5 ~( R& h, t' ^* z
19.     //CS引脚初始化
    * p6 q7 q0 K, A' ~- X
20.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    
21.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;           //推挽输出
    
22.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    " q: |; Q$ g6 X1 L
23.     GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
    
24. 
    
25.     //SCK和MOSI引脚初始化
    6 x! {0 k% B" ?+ o
26.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7;
    
27.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;           //推挽输出
    % z& F, j( m0 {, B
28.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    8 Z" n: R* }3 t# S8 y
29.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
30. 
    
31.     //MISO引脚初始化
    0 h! {4 k3 o- I5 }0 [9 A( R
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. 
      N7 p( O* {$ p
36.     SPI_CS_1;
    / {6 [5 O+ Y8 Z/ F" @
37.     SPI_SCK_1;
    " p  }3 `' `7 [" C8 S1 x
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)
    * U7 v: ~$ K, m: j: P# l
42. {
    
43.     uint8_t i;
    ) |4 n. v4 \, @$ V- e# F
44.     uint8_t rxData = 0;
    / v' ]# y, v* @
45. 
    
46.     for(i = 0; i < 8; i++)
    - m# E( t% p- [6 o7 w6 i; J+ u0 N
47.     {
    
48.         SPI_SCK_0;
    
49.         delay_us(1);
    
50.         //数据发送
    
51.         if(txData & 0x80){
    3 z) U6 M# K* z" [. p5 z
52.             SPI_MOSI_1;
    
53.         }else{
    
54.             SPI_MOSI_0;
    
55.         }
    2 `1 r2 {$ S, {- A& i5 c; \8 R# f
56.         txData <<= 1;
    
57.         delay_us(1);
    
58. 
    
59.         SPI_SCK_1;
    
60.         delay_us(1);
    4 n4 l* Z, `( A- T* o! Q2 e
61.         //数据接收
    ( O8 _2 f+ R$ ]1 S7 u& B  M
62.         rxData <<= 1;
    
63.         if(SPI_READ_MISO){
    # E; T% J) A7 [/ k- ^
64.             rxData |= 0x01;
    7 j, Y* y! L) N& w# r0 G
65.         }
    
66.         delay_us(1);
    
67.     }
    
68.     SPI_SCK_0;
    
69. 
    ' U& [4 x8 R3 m) U
70.     return rxData;
    * A! W0 O# ?. B. \
71. }
    
72. 
    ' x  T2 ]1 w5 {  n
73. uint8_t SPI_ReadByte(void)
    , w5 @1 N+ ]4 a% S! U
74. {
    
75.     return SPI_ReadWriteByte(Dummy_Byte);
    
76. }
    & m7 H7 I2 U( {% a3 T
77. 
    0 O" E2 q8 T& h# h2 G5 }
78. void SPI_WriteByte(uint8_t txData)
    
79. {
    
80.     (void)SPI_ReadWriteByte(txData);
    4 O0 I9 [8 D( Z7 R# ~" N/ y, {2 S1 u0 O
81. }

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