SPI通信协议

模式	CPOL	CPHA	时钟空闲状态	数据采样时刻	数据移位时刻
0	0	0	低电平	时钟的上升沿	时钟的下降沿
1	0	1	低电平	时钟的下降沿	时钟的上升沿
2	1	0	高电平	时钟的下降沿	时钟的上升沿
3	1	1	高电平	时钟的上升沿	时钟的下降沿

（3）以模式0说明

初始状态：

SCLK 保持低电平（CPOL=0）。

主设备将待发送数据的最高位（MSB）放到MOSI线上。

从设备将其待发送数据的最高位（MSB）放到MISO线上。

此时数据线已经稳定。

第一个时钟上升沿（采样时刻）：

主设备产生一个时钟上升沿。

在这个上升沿瞬间，主设备会读取（采样） MISO线上的电平（即从设备发来的bit），并将其移入自身移位寄存器的最低位（LSB）。

同样在这一瞬间，从设备会读取（采样） MOSI线上的电平（即主设备发来的bit），并将其移入自身移位寄存器的最低位（LSB）。

简单说：时钟上升沿是“收数据”的时刻。

第一个时钟下降沿（设置时刻）：

主设备将时钟拉低。

在时钟变为低电平后，主设备和从设备会同时将各自移位寄存器中的下一个bit（原次高位）推到MOSI和MISO线上。

简单说：时钟下降沿之后是“准备新数据”的时刻。

重复：

上述过程重复8次（对于8位数据）。每一个时钟周期（一个上升沿+一个下降沿），主从设备都互相交换一个bit

传输完成：

8个时钟脉冲后，最初在主设备移位寄存器里的8位数据，已经全部移到了从设备的移位寄存器中。

同时，最初在从设备移位寄存器里的8位数据，也全部移到了主设备的移位寄存器中。

一次完整的SPI通信，总是同时完成数据的发送和接收

2.数据传输示意图

3.三个重要参数代码配置相关如下

    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;//SPI的时钟极性，低
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;//SPI的时钟相位，第一边沿
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;//SPI的数据传输顺序，MSB先行

（1）SPI_CPOL：控制时钟空闲时的电平

①SPI_CPOL_Low：时钟空闲时低电平

②SPI_CPOL_High：时钟空闲时高电平

（2）SPI_CPHA：控制在时钟的哪个边沿采样数据

①SPI_CPHA_1Edge：第1个边沿进行数据采样

②SPI_CPHA_2Edge：第2个边沿进行数据采样

（3）SPI_FirstBit：控制是先发最高位还是最低位

①SPI_FirstBit_MSB：高位先行

②SPI_FirstBit_LSB：低位先行

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五、引脚配置

（一）输出引脚MOSI：推挽输出

推挽模式的高低电平都有驱动性，且电平变化快

（二）输入引脚MISO：上拉输入/浮空输入

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六、主从机连接示意图，及其数据传输方式说明

（一）独立片选

1.共用信号线：SCK、MOSI、MISO

2.连接说明：独立片选，主机为每个从设备提供一条独立的CS信号线

3.数据传输方式：

①寻址：主机通过拉低目标从设备专属的 `CS` 线，来选中并激活该设备。

② 通信：主机与被唯一选中的从设备进行全双工SPI通信。其他从设备因 `CS` 为高电平而忽略总线活动。

③结束：主机拉高 `CS`，结束与该从设备的本次通信。

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（二）菊花链

1.共用信号线：SCK、CS

2.连接说明：整个菊花链被看作一个大型的、分布式的移位寄存器。只有第一台从机的MISO是直接连接主机的MOSI，后面的从机都是连接前面的从机的MOSI。

3.数据传输方式：

①启动：主机拉低 `CS`，启动对所有从机的同步通信。

②通信：主机产生 N × 数据位个时钟脉冲（N为从机数量）。数据从主机的 `MOSI` 移入第一个从机。在后续的每个时钟脉冲，数据依次向后级从机传递，最后一个从机的数据移入主机的 `MISO`。

③结束：当主机拉高 `CS` 时，所有从机同时锁存并处理各自移位寄存器中的数据。

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（三）片选译码器

1.共用信号线：MOSI、MISO、SCK。

2.连接说明：由多个GPIO承担CS的功能，经过N-N²译码器后实现少量IO口控制多个从SPI设备。

3.数据传输方式：

①寻址：主机在地址线上输出目标从设备的二进制地址。

②使能：译码器根据地址，将一条对应的输出线拉低（激活对应从设备的`CS`）。

③通信：主机与被唯一选中的从设备进行标准的全双工SPI通信。

④结束：主机拉高 `CS`（通过改变地址线），结束通信。以少量主机引脚（如3个）控制大量从设备（如8个），在节省引脚和通信灵活性之间取得平衡。

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七、STM32F103C8T6标准库代码（硬件SPI）

#include "spi.h"
#include "delay.h"

// SPI初始化 - 修改函数名
void RC522_SPI_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
    
    // 使能GPIO和SPI时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);
    
    // 配置SPI引脚 (SCK->PA5, MISO->PA6, MOSI->PA7)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 配置CS引脚 (PA4)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = RC522_CS_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(RC522_CS_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
    // 配置RST引脚 (PA0)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = RC522_RST_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(RC522_RST_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
    // SPI1配置
    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;//SPI的工作模式，双线全双工
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;//SPI的工作模式，主模式
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;//SPI的数据大小，8位
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;//SPI的时钟极性，低
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;//SPI的时钟相位，第一边沿
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;//SPI的数据传输顺序，MSB先行
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;//SPI的片选方式，软件控制
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;//SPI的波特率预分频

    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
    
    // 使用SPI_Init函数，传入参数
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
    
    // 使能SPI1
    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
    
    // 初始化引脚状态
    RC522_CS_HIGH();
    RC522_RST_HIGH();
}

// SPI读取一个字节
uint8_t SPI_ReadByte(void)
{
    // 等待发送缓冲区空
    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
    
    // 发送虚拟数据以接收数据
    SPI_I2S_SendData(SPI1, 0xFF);
    
    // 等待接收缓冲区非空
    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);
    
    // 返回接收到的数据
    return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}

// SPI写入一个字节
void SPI_WriteByte(uint8_t data)
{
    // 等待发送缓冲区空
    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
    
    // 发送数据
    SPI_I2S_SendData(SPI1, data);
    
    // 等待接收完成
    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);
    
    // 读取接收到的数据（丢弃）
    SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}