概述
SPI（Serial Perripheral Interface）串行外围设备接口，是摩托罗拉公司推出的一种同步串行接口技术，它允许 MCU 以全双工的同步串行方式, 与各种外围设备进行高速数据通信，是一种高速的，全双工，同步的通信技术。
应用
SPI 主要应用在 EEPROM，Flash,，实时时钟(RTC)，数模转换器(ADC)，数字信号处理器(DSP) 以及数字信号解码器之间。
特点
- 高速、同步、全双工、非差分、总线式
- 主从机通信模式
SPI通信原理
SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。
- CS/SS – 从设备使能信号，由主设备控制。I2C 协议中通过设备地址来寻址、选中总线上的某个设备并与其进行通讯；而SPI 协议中没有设备地址，它使用CS信号线来寻址，当主机要选择从设备时，把该从设备的CS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CS线置低电平为开始信号，以CS线被拉高作为结束信号；
- SCLK – 时钟信号线，用于通讯数据同步，由主设备产生，决定了通讯的速率；
- SDO/MOSI – 主设备输出/从设备输入引脚，主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入主机发送的数据，即这条线上数据的方向为主机到从机；
- SDI/MISO – 主设备输入/从设备输出引脚，主机从这条信号线读入数据，从机的数据由这条信号线输出到主机，即在这条线上数据的方向为从机到主机;
当有多个SPI 从设备与SPI主机相连时，设备的其它信号线SCK、SDI及SDO同时并联到相同的SPI 总线上，即无论有多少个从设备，都共同只使用这3 条总线；而每个从设备都有独立的这一条CS信号线，本信号线独占主机的一个引脚，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。
SPI通讯模式
SPI 一共有四种通讯模式，它们的主要区别是总线空闲时SCK 的时钟状态以及数据采样时刻。
- 时钟极性CPOL ：是指SPI 通讯设备处于空闲状态时，SCK 信号线的电平信号(即SPI 通讯开始前、 CS线为高电平时SCK 的状态)。CPOL=0 时， SCK 在空闲状态时为低电平，CPOL=1 时，SCK 在空闲状态时为高电平；
- 时钟相位CPHA ：是指数据的采样的时刻，当CPHA=0 时，SDI 或SDO数据线上的信号将会在SCK 时钟线的“奇数边沿”被采样。当CPHA=1 时，数据线在SCK 的“偶数边沿”采样；
注：SPI 的采样时刻不是由上升/下降沿决定的
| SPI模式 | CPOL | CPHA | 空闲时SCK 时钟 | 采样时刻 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 低电平 | 奇数边沿 |
| 1 | 0 | 1 | 低电平 | 偶数边沿 |
| 2 | 1 | 0 | 高电平 | 奇数边沿 |
| 3 | 1 | 1 | 高电平 | 偶数边沿 |
SPI通信时序
软件模拟SPI时序举例
使用软件SPI通信协议发送16bit数据，MSB先行，时钟极性CPOL = 1，时钟相位CPHA = 0，伪代码如下：
:拉高时钟 SCK //空闲状态为高电平
拉高片选 CS
拉低片选 CS
循环开始：0 ≤ i < 16
判断写入数据最高位是否为1
如果是，拉高数据线SDO
如果不是，拉低数据线SDO
延时
拉低时钟 SCK //奇数边沿采样
延时
拉高时钟 SCK
写入数据左移一位
循环结束
拉高片选 CS
程序结束
参考文献：零死角玩转STM32—F429
