STM32学习（SPI通信）

本文章根据江科大的视频制作，供学习参考

1.SPI通信

1.1 SPI简介

SPI（Serial Peripheral Interface）是由Motorola公司开发的一种通用数据总线
四根通信线：SCK/SCLK/CLK/CK（Serial Clock）（串行时钟线）、MOSI/DO（Master Output Slave Input）（主机输出从机输入）、MISO/DI（Master Input Slave Output）（主机输入从机输出）、SS/NSS/CS（Slave Select）（从机选择）
同步，全双工（数据接收和数据发送单独各占一根线）
支持总线挂载多设备（一主多从）（多一条通讯线，专门用来指定我要跟哪个从机进行通信）

        I2C，无论是硬件电路，还是软件时序，设计都相对比较复杂，硬件上，我们要配置位开漏外加上拉的模式 ，软件上，我们有许多功能与要求，比如，一根通信线兼顾数据收发，应答位收发，寻址机制的设计等等，最终通过这么多设计，就使得I2C通信的性价比非常高。I2C可以再消耗最低硬件资源的情况下，实现最多的功能，在硬件上，无论挂载多少个设备，都置需要两根通信线，在软件上，数据双向通信、应答位，都可以是实现。I2C的缺点：由于I2C开漏外加上拉电阻的电路结构，使得通信线高电平的驱动能力比较弱，这就会导致，通信线由低电平变到高电平的时候，这个上升沿耗时比较长，这会限制I2C的最大通信速度。

        SPI传输速率快，SPI协议并没有严格规定最大传输速度，这个最大传输速度取决于芯片厂商的设计需求，如：W25Q64芯片手册里写的SPI时钟频率，最大可达80MHz。其次，SPI设计比较简单粗暴，实现的功能没有I2C多。最后，SPI的硬件开销比较大，通信线的个数比较多，并且通信过程中，经常会有资源浪费的现象。

1.2 硬件电路

        左边这里是SPI主机，主导整个SPI总线，主机一般都是控制器来作，比如STM32，下面就是从机，左边的主机实际引出了6根通信线，因为由3个从机，所以SS线需要3根，再加上SCK、MOSI、MISO，就是6根通信线，当SPI所有通信线都是单端信号，它们的高低电平都是相对GND的电压差，所以，单端供电，所有设备还需要共地，这里GND的线没花出来但是必须要接，如果从机没有独立供电的话，主机还需要再额外引出电源正极VCC，给从机供电，这两根电源线VCC和GND，也要注意接好。首先，SCK时钟线，时钟线完全由主机掌控，所以对于主机来说，时钟线为输出，对于所有从机来说，时钟线都为输入，这样主机的同步时钟，就能送到各个从机了。下一个，MOSI，主机输出从机输入，这里左边是主机，所以就对应MO，主机输出，下面三个都是从机，所以就对应SI，从机输入，数据传输方向是主机通过MOSI输出，所有从机通过MOSI输入。下一个，MISO，主机输入从机输出，左边是主机对应MI，下面是从机对应SO，数据传输方向是，三个从机通过MISO输出，主机通过MISO输入。

        主机想指定谁，就把对应的SS输出线置低电平，主机初始化后所有从机都输出高电平。这样就是谁也不指定。SPI由一个冲突点，就是图上的MISO引脚，再这个引脚上，可以看到主机一个是输入，但是三个从机全是输出，如果三个从机都始终是推挽输出，势必会导致冲突，所以在SPI协议里，有一条规定，就是当从机的SS引脚为高电平，也就是未被选中时，它的MISO引脚，必须切换为高阻态，高阻态相当于引脚断开，不输出任何电平，这样就可以防止，一条线有多个输出，而导致的电平冲突的问题，在SS为低电平时，MISO才允许变为推挽输出，这就是SPI对这个可能的冲突做出的规定。

1.3 硬件电路

        左边时主机有一个8位移位寄存器，右边是从机也有一个8位移位寄存器，因为SPI一般是高位先行，所以每来一个时钟，移位寄存器都会想左进行移位，从机中的移位寄存器也是同理，然后呢，移位寄存器的时钟源，是由主机提供的·，这里叫做波特率发生器，它产生的时钟驱动主机的移位寄存器进行移位，同时，这个时钟也通过SCK引脚进行输出，接到从机的移位寄存器里，之后，上面移位寄存器的接法是，主机移位寄存器左边移出去的数据，通过MOSI引脚输入到移位寄存器的右边，从机移位寄存器左边移出去的数据通过MISO引脚，输入到主机移位寄存器的右边。

1.4 SPI时序

        SS从高电平变为低电平，代表选择某个从机，通信开始。SS从低电平变为高电平，终止选择从机，通信结束。

        SS产生下降沿后，MISO退出高阻态，在SCK上升沿时，MOS和MISO同时移出最高位数据，在下降沿时便开始采样，这里主机移出的最高位字节进入从机移位寄存器的最低位，从机移出的最高位进入主机寄存器的最低位，这样，一个之中脉冲残生完毕，一个数据位传输完毕。重复此过程，传输多个字节。SS上升沿后，MOSI还可以变化一次，将MOSI置一个默认的高低平或低电平，也可以不用管，然后MISO，从机必须置回高阻态。

        SS下降沿时，就要立刻触发移位输出，所以这里MOSI和MISO的输出，时对齐SS的下降沿的，或者说，这里把SS的下降沿，也当作时钟的一部分，那SS下降触发了输出，SCK上升沿，就可以采样输入数据了，然后SCK上升沿移入数据，SCK下降沿移除数据。

        CPOL（时钟极性）

        CPHA（时钟相位）

        模式2和模式3，就是SCK的极性取反

        在SPI中，通常采用的时指令码加读写数据的模型。SPI起始后，第一个发送从机的数据叫做指令码，在从机中，对应的会定义一个指令集，当我们需要发送什么指令时，就可以在起始后第一个字节发送指令集里的数据，这样就能指导从机完成相应的功能，不同的指令，可以有不同的数据个数，有的指令，只需要一个字节的指令码就可以完成，而有的指令，后面就需要再跟要读写的数据。