1、SPI协议介绍

即串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线。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。

SCL：时钟，主从设备只有一个线 （FCKn/2）

MOSI（master out slave in 主输出从输入）：时钟，主从设备只有一个线

MISO：时钟，主从设备只有一个线

NSS ：表示片选,每一个从机一个线，拉低选中那个设备

1、SPI基本通信协议

标号1处， 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，当从机检在自己的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。
• 在图中的标号2处， 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（STM32 配置是双工同步双线传输）
 

2、CPOL/CPHA及通讯模式

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、 NSS线为高电平时SCK的状态)。 CPOL=0时， SCK在空闲状态时为低电平 下图标号1处， CPOL=1时，则相反标号2。
•时钟相位CPHA是指数据的采样的时刻，当CPHA=0时， MOSI或MISO数
据线上的信号将会在SCK时钟线的“奇数边沿”被采样标号3处。当CPHA=1时，
数据线在SCK的“偶数边沿”采样标号4处

2、STM32的SPI外设简介

STM32的SPI外设可用作通讯的主机及从机，支持最高的SCK时钟频率为fpclk/2 (STM32F407型号的芯片默认fpclk2为84MHz， fpclk1为42MHz)，完全支持SPI协议的4种模式，数据帧长度可设置为8位或16位，可设置数据MSB先行或LSB先行。它还支持双线全双工(前面小节说明的都是这种模式)、双线单向以及单线模式

 数据控制逻辑

SPI的MOSI及MISO都连接到数据移位寄存器上，数据移位寄存器的数据来源来源于接收缓冲区及发送缓冲区。通过写SPI的“数据寄存器DR”把数据填充到发送缓冲区中。通过读“数据寄存器DR”，可以获取接收缓冲区中的内容。其中数据帧长度可以通过“控制寄存器CR1”的“DFF位”配置成8位及16位模式；配置“LSBFIRST位”可选择MSB先行还是LSB先行

整体控制逻辑

整体控制逻辑负责协调整个SPI外设，控制逻辑的工作模式根据“控制寄存器(CR1/CR2)”的参数而改变，基本的控制参数包括前面提到的SPI模式、波特率、 LSB先行、主从模式、单双向模式等等。在外设工作时，控制逻辑会根据外设的工作状态修改“状态寄存器(SR)”，只要读取状态寄存器相关的寄存器位，就可以了解SPI的工作状态了。除此之外，控制逻辑还根据要求，负责控制产生SPI中断信号、 DMA请求及控制NSS信号线。实际应用中，一般不使用STM32 SPI外设的标准NSS信号线，而是更简单地使用普通的GPIO，软件控制它的电平输出，从而产生通讯起始和停止信号。

 控制NSS信号线，产生起始信号(图中没有画出)；把要发送的数据写入到“数据寄存器DR”中，该数据会被存储到发送缓冲区；
通讯开始， SCK时钟开始运行。 MOSI把发送缓冲区中的数据一位一位地传输出去； MISO则把数据一位一位地存储进接收缓冲区中；当发送完一帧数据的时候，“状态寄存器SR”中的“TXE标志位”
会被置1，表示传输完一帧，发送缓冲区已空；

类似地，当接收完
一帧数据的时候，“RXNE标志位”会被置1，表示传输完一帧，接收缓冲区非空；等待到“TXE标志位”为1时，若还要继续发送数据，则再次往“数据寄存器DR”写入数据即可；等待到“RXNE标志位”为1时，通过读取“数据寄存器DR”可以获取接收缓冲区中的内容。
通讯过程
假如使能了TXE或RXNE中断， TXE或RXNE置1时会产生SPI中断信号，
进入同一个中断服务函数，到SPI中断服务程序后，可通过检查寄存器
位来了解是哪一个事件，再分别进行处理。也可以使用DMA方式来收
发“数据寄存器DR”中的数据。