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

' R9 v3 N1 [* e* ^3 _. C+ h
* I( A- x) u# l3 H" j3.    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 */
   ; w  Y  X# l" o! q  ~
2. #define SPI_SCK_0    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5)        /* SCK = 0 */
   
3. 
   % i# _7 Y$ {0 P8 g/ i: T! ]- |
4. #define SPI_MOSI_1    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7)            /* MOSI = 1 */
   1 U/ N; K7 I8 I! E( K
5. #define SPI_MOSI_0    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7)        /* MOSI = 0 */
   * T) e) V; J  v- `$ ~
6. 
   
7. #define SPI_READ_MISO    GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6)    /* 读MISO口线状态 */
   9 J# b8 S4 b& m: j
8. 
   + b8 T0 Z4 Z+ g6 {2 `
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
    1 o2 S. W9 x+ |  J& m2 ]
13. void SPI_IoInit(void)
    " ?$ n2 l- ~2 x, l7 D
14. {
    2 V7 v* @) w* y- j% x
15.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
16. 
    : O- h% a2 }, `
17.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
    + b% n* O% n) Z( Q2 O
18. 
    
19.     //CS引脚初始化
    , F) Z5 v* T0 S# Z4 }
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;
    4 V3 t$ F3 f. z" Z! P4 S1 X5 x
23.     GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
    $ P3 |2 S5 T& Q
24. 
    
25.     //SCK和MOSI引脚初始化
    
26.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7;
    
27.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;           //推挽输出
    ) ?7 J# Y( W1 K
28.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
29.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
30. 
      B5 E4 t1 z) @* v
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
    % r6 d) g+ I9 a% X, E, z, c6 P
34.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    5 ?; a) G9 P$ {# K
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)
    * L6 _# q' \- D( E$ f
42. {
      p! J6 Y& w' B
43.     uint8_t i;
    
44.     uint8_t rxData = 0;
    
45. 
    ' \' D) X% s1 J3 s
46.     for(i = 0; i < 8; i++)
    % s5 ?/ |8 E8 v0 h$ V. r
47.     {
    
48.         SPI_SCK_0;
    3 A4 G( C9 r8 D6 \" a& |
49.         delay_us(1);
    
50.         //数据发送
    
51.         if(txData & 0x80){
    
52.             SPI_MOSI_1;
    
53.         }else{
    
54.             SPI_MOSI_0;
    
55.         }
    
56.         txData <<= 1;
    
57.         delay_us(1);
    
58. 
    ' m' k8 ~8 u3 H& G9 G
59.         SPI_SCK_1;
    & n4 c& r8 f9 s' e. f
60.         delay_us(1);
      ~0 u6 {+ S+ U" l! q3 e
61.         //数据接收
    8 h8 q' ~: r1 I  ^1 n6 |
62.         rxData <<= 1;
      l- A- [9 [3 O0 X* V0 ?
63.         if(SPI_READ_MISO){
    
64.             rxData |= 0x01;
    2 b" r( L2 W' r3 H. \7 w( \$ S
65.         }
    6 z6 ], V2 i; G, ]; Q. S' f
66.         delay_us(1);
    
67.     }
    
68.     SPI_SCK_0;
    
69. 
    
70.     return rxData;
    9 v6 Z% r  Z+ H% @, h* _
71. }
    - O7 d$ j% H1 f, S" T
72. 
    " X2 g# r8 Y5 T7 W* O
73. uint8_t SPI_ReadByte(void)
    $ C  w8 J; D( c; k; Y5 a
74. {
    % q; G- m0 R' @  Y$ v6 l
75.     return SPI_ReadWriteByte(Dummy_Byte);
    $ S/ C7 Z: z9 g1 H# k# e
76. }
    
77. 
    / m& f1 F: N( Z/ X4 E5 A
78. void SPI_WriteByte(uint8_t txData)
    
79. {
      [8 M- Y5 w( v5 N
80.     (void)SPI_ReadWriteByte(txData);
    
81. }

复制代码

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