介绍
SPI 简介
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，它被广泛地使用在 ADC、LCD 等设备与 MCU 间，要求通讯速率较高的场合。并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，越来越多的芯片集成了这种通信协议。
SPI接口是全双工三线同步串行外围接口，采用主从模式架构；支持多slave模式应用，一般仅支持单Master.时钟由Master控制，在时钟移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后；SPI接口有两根单向数据线，为全双工通信，目前数据速率可达几Mbps的水平，速率较高。

SPI特点
' G2 z9 }$ e* ^. T1 V3 t) V: o" @, |1.可以同时发出和接收串行数据；2.可以当作主机或从机工作；
- v6 f& U  c' U( I7 u3.提供频率可编程时钟；
- Q3 {2 h$ K$ h& [) y. Y) s4.发送结束中断标志；
+ Z% p/ ^( t% J, L3 C/ s5.写冲突保护；
6.总线竞争保护；
7.传输速度快
+ C7 H+ s! z7 _  J" r) i
) G1 ~8 {: [+ d$ E$ ?' k' D  }SPI 物理层
SPI总线是一种4线总线，因其硬件功能很强，所以与SPI有关的软件就相当简单，使中央处理器有更多的时间处理其他事务。
2 y2 _/ q( ?7 [/ }1.MOSI：主器件输出，从器件数据输入；这条线上数据的方向为主机到从机。
2.MISO主器件数据输入，从器件数据输出，即在这条线上数据的方向为从机到主机。
3.SCLK：时钟信号，用于通讯数据同步。它由通讯主机产生，决定了通讯的速率，不同的设备支持的最高时钟频率不一样，如 STM32 的 SPI 时钟频率最大为fpclk/2，两个设备之间通讯时，通讯速率受限于低速设备。
8 ~# A) S6 K9 s* u% ]4 R: M4./SS：从器件使能信号，由主器件控制（片选）。而 SPI 协议中没有设备地址，它使用 NSS 信号线来寻址，当主机要选择从设备时，把该从设备的 NSS 信号线设置为低电平，该从
设备即被选中，即片选有效，接着主机开始与被选中的从设备进行 SPI 通讯。所以SPI 通讯以 NSS 线置低电平为开始信号，以 NSS 线被拉高作为结束信号。

SPI 协议层
SPI 协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、时钟同步等环节。NSS 信号线由高变低，是 SPI 通讯的起始信号。NSS 是每个从机各自独占的信号线，当从机在自己的 NSS 线检测到起始信号后，就知道自己被主机选中了，开始准备与主机通讯。NSS 信号由低变高，是 SPI 通讯的停止信号，表示本次通讯结束，从机的选中状态被取消。SPI 使用 MOSI 及 MISO 信号线来传输数据，使用 SCK 信号线进行数据同步。MOSI及 MISO 数据线在 SCK 的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出是同时进行的。数据传输时，MSB 先行或 LSB 先行并没有作硬性规定，但要保证两个 SPI 通讯设备之间使用同样的协定。MOSI 及 MISO 的数据在 SCK 的上升沿期间变化输出，
在 SCK 的下降沿时被采样。即在 SCK 的下降沿时刻，MOSI 及 MISO 的数据有效，高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。在其它时刻，数据无效，MOSI 及 MISO为下一次表示数据做准备。SPI 每次数据传输可以 8 位或 16 位为单位，每次传输的单位数不受限制。

3 i+ U4 T/ q1 X; S' {STM32 的 SPI 特性及架构
STM32F1 的 SPI 功能很强大，SPI 时钟最高可以到 18Mhz，支持 DMA，可以配置为 SPI协议或者 I2S 协议。
STM32 的主模式配置步骤如下：
+ [8 m) i- {; b7 ]7 U1.配置相关引脚的复用功能，使能 SPI2 时钟。
  C1 G6 e5 v2 `- u" Q我们要用 SPI2，第一步就要使能 SPI2 的时钟，SPI2 的时钟通过 APB1ENR 的第 14 位来设置。其次要设置 SPI2 的相关引脚为复用输出，这样才会连接到 SPI2 上否则这些 IO 口还是默认的状态，也就是标准输入输出口。这里我们使用的是 PB13、14、15 这 3 个（SCK.、MISO、MOSI，CS 使用软件管理方式），所以设置这三个为复用功能 IO。
使能 SPI2 时钟的方法为：

1. __HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE(); //使能 SPI2 时钟

复制代码

复用 PB13,14,15 为 SPI2 引脚通过 HAL_GPIO_Init 函数实现，代码如下：

# C- h' p4 M6 [! q4 {) _

1. GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15;
   , M7 T' o- i$ |' `# q5 j, l$ O3 q
2. GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP; //复用推挽输出
   
3. GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉
   
4. GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; //快速
   
5. HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure);

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# ]0 F0 b0 i3 x  a0 m  a& }2.设置 SPI2 工作模式
2 H# x% p" c1 t! g1 s这一步全部是通过 SPI2_CR1 来设置，我们设置 SPI2 为主机模式，设置数据格式为 8 位，然后通过 CPOL 和 CPHA 位来设置 SCK 时钟极性及采样方式。并设置 SPI2 的时钟频率（最大18Mhz），以及数据的格式（MSB 在前还是 LSB 在前）。在 HAL 库中初始化 SPI 的函数为：

6 e5 b7 n8 H/ m5 r# E

1. HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Init(SPI_HandleTypeDef *hspi);

复制代码

SPI 初始化实例代码如下：

1. SPI1_Handler.Instance= SPI2; // SPI2
   % n; h2 m' O% S- r8 _4 I% o8 S7 ~
2. SPI1_Handler.Init.Mode=SPI_MODE_MASTER; //设置 SPI 工作模式，设置为主模式
   1 F  [+ z" n, q6 @! v
3. SPI1_Handler.Init.Direction=SPI_DIRECTION_2LINES;
   
4. //设置 SPI 单向或者双向的数据模式:SPI 设置为双线模式
   : D( e6 e5 U7 S* a/ ~% `) a. [4 E
5. SPI1_Handler.Init.DataSize=SPI_DATASIZE_8BIT;
   
6. //设置 SPI 的数据大小:SPI 发送接收 8 位帧结构
   , Y' V: X4 ]; {0 Z
7. SPI1_Handler.Init.CLKPolarity=SPI_POLARITY_HIGH;
   & A  H0 M, n4 p6 C" |$ i  n
8. //串行同步时钟的空闲状态为高电平
   # S" p; w( c* d* s2 u
9. SPI1_Handler.Init.CLKPhase=SPI_PHASE_2EDGE;
   
10. //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
    + `& o, U+ y8 |/ J' F) m! m
11. SPI1_Handler.Init.NSS=SPI_NSS_SOFT; //NSS 信号由硬件（NSS 管脚）还是软件
    
12. //（使用 SSI 位）管理:内部 NSS 信号有 SSI 位控制
    9 Q0 S+ `# G2 M3 M
13. SPI1_Handler.Init.BaudRatePrescaler=SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;
    ) H( l+ M: x  D3 C8 ~1 Y+ n3 Q1 w
14. //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为 256
    + G' c, q4 f" f5 Q: f# C
15. SPI1_Handler.Init.FirstBit=SPI_FIRSTBIT_MSB;
    * [6 q/ p- b3 |. u
16. //指定数据传输从 MSB 位还是 LSB 位开始:数据传输从 MSB 位开始
    
17. SPI1_Handler.Init.TIMode=SPI_TIMODE_DISABLE; //关闭 TI 模式
    
18. SPI1_Handler.Init.CRCCalculation=SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
    % Z& K* c9 O/ m( f. n4 @
19. //关闭硬件 CRC 校验
    
20. SPI1_Handler.Init.CRCPolynomial=7; //CRC 值计算的多项式
    
21. HAL_SPI_Init(&SPI2_Handler);//初始化

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同样，HAL 库也提供了 SPI 初始化 MSP 回调函数 HAL_SPI_MspInit，定义如下：

1. void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi);

复制代码

3.使能 SPI2
1 H# H- V& o7 O8 R% b! z

1. __HAL_SPI_ENABLE(&SPI2_Handler); //使能 SPI2

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3 U/ j4 S+ C, n8 X( a, i7 [4.SPI 传输数据

2 Y3 K. d5 ?2 f# y通信接口当然需要有发送数据和接受数据的函数，HAL 库提供的发送数据函数原型为：

1. HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Transmit(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData,
   " g6 L; y% b  q# t& S" O$ K
2. uint16_t Size, uint32_t Timeout);

复制代码

这个函数很好理解，往 SPIx 数据寄存器写入数据 Data，从而实现发送。
% P0 L7 f/ Q  y( b/ T9 ?HAL 库提供的接受数据函数原型为：
, {( o/ h, T, v. s5 q1 q
# G2 e- Y. x0 d6 O  o

1. HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Receive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData,
   
2. uint16_t Size, uint32_t Timeout);

复制代码

这个函数也不难理解，从 SPIx 数据寄存器读出接受到的数据。
前面我们讲解了 SPI 通信的原理，因为 SPI 是全双工，发送一个字节的同时接受一个字节，发送和接收同时完成，所以 HAL 也提供了一个发送接收统一函数：
  A% c! C' N% W( d

1. HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_TransmitReceive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData,
   & [3 D* h' q+ q7 t* }
2. uint8_t *pRxData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

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  x% L/ C- S6 m6 [该函数发送一个字节的同时负责接收一个字节。

设计实现
2 D, i. K* \/ x! V1 t$ u8 K4 v1.SPI1的初始化
以下是SPI模块的初始化代码，配置成主机模式。

* a. E4 I; U) A9 q1 |( |, D$ y

1. void SPI2_Init(void)
   
2. {
   , n  P7 ]; P! Z" N
3.     SPI2_Handler.Instance=SPI2;                         //SPI2
   / I: X0 A: }5 Y# w. c3 j  I
4.     SPI2_Handler.Init.Mode=SPI_MODE_MASTER;             //设置SPI工作模式，设置为主模式
   
5.     SPI2_Handler.Init.Direction=SPI_DIRECTION_2LINES;   //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线模式
   
6.     SPI2_Handler.Init.DataSize=SPI_DATASIZE_8BIT;       //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
   6 g/ y4 @- c' O+ X
7.     SPI2_Handler.Init.CLKPolarity=SPI_POLARITY_HIGH;    //串行同步时钟的空闲状态为高电平
   ; B+ ]9 r. D# l. W) x1 L  A
8.     SPI2_Handler.Init.CLKPhase=SPI_PHASE_2EDGE;         //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
   
9.     SPI2_Handler.Init.NSS=SPI_NSS_SOFT;                 //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
   ! z! H" ]/ R* W
10.     SPI2_Handler.Init.BaudRatePrescaler=SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;//定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
    9 A! K" I7 Y# K- Y+ z+ @
11.     SPI2_Handler.Init.FirstBit=SPI_FIRSTBIT_MSB;        //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
    # J+ d' S" _7 [. q; p
12.     SPI2_Handler.Init.TIMode=SPI_TIMODE_DISABLE;        //关闭TI模式
    
13.     SPI2_Handler.Init.CRCCalculation=SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//关闭硬件CRC校验
    
14.     SPI2_Handler.Init.CRCPolynomial=7;                  //CRC值计算的多项式
    0 y& a9 Z+ i+ {' c( P
15.     HAL_SPI_Init(&SPI2_Handler);//初始化
    
16. 
    
17.     __HAL_SPI_ENABLE(&SPI2_Handler);                    //使能SPI2
    
18. 
    
19.     SPI2_ReadWriteByte(0Xff);                           //启动传输
    2 L, U0 {6 A# x1 K: X# E
20. }

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- b8 T' X2 }) \4 K3 a底层驱动，时钟使能，引脚配置

1. void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)
   ) j1 p  t- Z" A2 ~$ r4 T
2. {
   ; s1 U+ F' k5 K$ K, T
3.     GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
   4 A/ z. R& M) p: X
4. 
   
5.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();       //使能GPIOB时钟
   5 J/ M& C- f6 H' {- z
6.     __HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE();        //使能SPI2时钟
   
7. 
   
8.     //PB13,14,15
   " m5 C$ Z5 G; z% b" W% m: Z6 \2 T
9.     GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15;
   
10.     GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;              //复用推挽输出
    
11.     GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;                  //上拉
    . D. x% I; {0 a( u7 o
12.     GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;        //快速            
    , e  C3 \0 E1 y5 R2 I" {2 Q
13.     HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure);
    
14. }

复制代码

$ C2 q$ T3 P# E% ?3.SPI速度设置函数

1. void SPI2_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
   " l" }, p# ?; a7 V1 J
2. {
   
3.     assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));//判断有效性
   
4.     __HAL_SPI_DISABLE(&SPI2_Handler);            //关闭SPI
   % Y1 z  e  q1 Z- G& I# T1 u
5.     SPI2_Handler.Instance->CR1&=0XFFC7;          //位3-5清零，用来设置波特率
   
6.     SPI2_Handler.Instance->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler;//设置SPI速度
   ! i/ a. m! O* e# t8 d. I! p* ^$ N
7.     __HAL_SPI_ENABLE(&SPI2_Handler);             //使能SPI
   # N: T6 y2 z7 G: B
8. 
   8 r6 _7 N" o4 K' r+ v+ C
9. }

复制代码

4.读写一个字节

1. //TxData:要写入的字节
   $ W4 I: C& r# A$ e+ u* l$ n
2. //返回值:读取到的字节
   
3. u8 SPI2_ReadWriteByte(u8 TxData)
   
4. {
     I% |% X: V9 x; m& _0 V
5.     u8 Rxdata;
   % S* J1 ^7 V) Y( s8 Z
6.     HAL_SPI_TransmitReceive(&SPI2_Handler,&TxData,&Rxdata,1, 1000);      
   
7.    return Rxdata;                  //返回收到的数据   
   - P* [! @) D6 t' X- l
8. }

复制代码

: @5 I6 }1 Q5 s0 }# p, o转载自： 跋扈洋

; g& u1 v1 V* Y$ L% C
! ?' ^/ \  B0 W5 L$ [