SPI - 总线协议

什么是 SPI？

SPI（Serial Peripheral Interface）即串行外设接口，是一种高速的、全双工的同步通信总线。它主要用于单片机与各种外设之间的通信，比如传感器、显示屏、存储芯片等。

SPI 总线非常简单，通常只需要 4 根线：

• SCK：时钟线，由主设备产生，用于同步数据传输

• MOSI：主设备输出，从设备输入（Master Out Slave In）

• MISO：主设备输入，从设备输出（Master In Slave Out）

• CS/SS：片选线，用于选择通信的从设备（低电平有效）

SPI 的 "脾气"：CPOL 和 CPHA

SPI 有个特别的地方，就是它有四种 "脾气"（工作模式），由两个参数决定：

1. CPOL（时钟极性）：决定时钟线在空闲时的电平

   • CPOL=0：空闲时 SCK 为低电平

   • CPOL=1：空闲时 SCK 为高电平

2. CPHA（时钟相位）：决定数据在时钟的哪个边沿被采样

   • CPHA=0：在时钟的第一个边沿采样数据

   • CPHA=1：在时钟的第二个边沿采样数据

这两个参数组合起来，就形成了 SPI 的四种工作模式：

• Mode 0：CPOL=0，CPHA=0（最常用）

• Mode 1：CPOL=0，CPHA=1

• Mode 2：CPOL=1，CPHA=0

• Mode 3：CPOL=1，CPHA=1

要记得看芯片数据手册选择模式。

重要：通信双方（主设备和从设备）必须使用相同的工作模式，否则会 "鸡同鸭讲"，无法正确通信。

STM32 HAL 库如何使用 SPI？

下面我们以 STM32CubeMX 和 HAL 库为例，一步步教你配置和使用 SPI。

步骤 1：用 CubeMX 配置 SPI

1. 打开 STM32CubeMX，选择你的单片机型号

2. 在 Pinout 视图中，找到 SPI 外设（如 SPI1、SPI2 等）

3. 配置 SPI 模式为主模式（Master）或从模式（Slave）

4. 配置参数：

   • 数据长度（通常是 8 位）

   • 时钟极性（CPOL）

   • 时钟相位（CPHA）

   • 分频系数（决定 SPI 通信速度）

   • 片选线（可以硬件控制或软件控制）

步骤 2：生成代码

配置完成后，点击 "Generate Code" 生成初始化代码。CubeMX 会自动帮我们生成 SPI 的初始化函数MX_SPI1_Init()。

步骤 3：使用 HAL 库函数进行通信

HAL 库提供了几个常用的 SPI 通信函数：

1. 发送数据：

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Transmit(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

1. 接收数据：

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

同时发送和接收数据:

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_TransmitReceive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData, uint8_t *pRxData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

1. 首先我们拉低片选线（CS/SS），告诉从设备 "现在要和你通信了"

2. 使用HAL_SPI_Transmit()函数发送数据

3. 发送完成后，拉高片选线，告诉从设备 "通信结束"

4. 函数返回 0 表示发送成功，返回 - 1 表示发送失败

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