SPI簡介
SPI 是英語 Serial Peripheral interface 的縮寫，顧名思義就是串行外圍設備接口。是 Motorola首先在其 MC68HCXX 系列處理器上定義的。 SPI 接口主要應用在 EEPROM， FLASH，實時時鐘， AD 轉換器，還有數字信號處理器和數字信號解碼器之間。 SPI 是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，並且在芯片的管腳上只佔用四根線，節約了芯片的管腳，同時爲 PCB 的佈局上節省空間，提供方便，正是出於這種簡單易用的特性，現在越來越多的芯片集成了這種通信協議。
串行外設接口(SPI)允許芯片與外部設備以半/全雙工、同步、串行方式通信。此接口可以被配置成主模式，併爲外部從設備提供通信時鐘(SCK)。接口還能以多主配置方式工作。它可用於多種用途，包括使用一條雙向數據線的雙線單工同步傳輸，還可使用CRC校驗的可靠通信。
SPI 特徵
● 3線全雙工同步傳輸
● 帶或不帶第三根雙向數據線的雙線單工同步傳輸
● 8或16位傳輸幀格式選擇
● 主或從操作
● 支持多主模式
● 8個主模式波特率預分頻係數(最大爲fPCLK/2)
● 從模式頻率 (最大爲fPCLK/2)
● 主模式和從模式的快速通信
● 主模式和從模式下均可以由軟件或硬件進行NSS管理：主/從操作模式的動態改變
● 可編程的時鐘極性和相位
● 可編程的數據順序， MSB在前或LSB在前
● 可觸發中斷的專用發送和接收標誌
● SPI總線忙狀態標誌
● 支持可靠通信的硬件CRC
─ 在發送模式下， CRC值可以被作爲最後一個字節發送
SPI接口
─ 在全雙工模式中對接收到的最後一個字節自動進行CRC校驗
● 可觸發中斷的主模式故障、過載以及CRC錯誤標誌
● 支持DMA功能的1字節發送和接收緩衝器：產生髮送和接受請求
SPI功能描述
SPI概述
SPI框圖見下圖：
通常SPI通過4個引腳與外部器件相連：
● MISO：主設備輸入/從設備輸出引腳。該引腳在從模式下發送數據，在主模式下接收數據。
● MOSI：主設備輸出/從設備輸入引腳。該引腳在主模式下發送數據，在從模式下接收數據。
● SCK：串口時鐘，作爲主設備的輸出，從設備的輸入
● NSS：從設備選擇。這是一個可選的引腳，用來選擇主/從備。它的功能是用來作爲“片選引腳”，讓主設備可以單獨地與特定從設備通訊，避免數據線上的衝突。從設備的NSS引腳可以由主設備的一個標準I/O引腳來驅動。一旦被使能(SSOE位)， NSS引腳也可以作爲輸出引腳，並在SPI處於主模式時拉低；此時，所有的SPI設備，如果它們的NSS引腳連接到主設備的NSS引腳，則會檢測到低電平，如果它們被設置爲NSS硬件模式，就會自動進入從設備狀態。當配置爲主設備、 NSS配置爲輸入引腳(MSTR=1， SSOE=0)時，如果NSS被拉低，則這個SPI設備進入主模式失敗狀態：即MSTR位被自動清除，此設備進入從模式 。
舉例說明
下圖是一個單主和單從設備互連原理 ：
1. 這裏NSS引腳設置爲輸入
MOSI腳相互連接， MISO腳相互連接。這樣，數據在主和從之間串行地傳輸(MSB位在前)。通信總是由主設備發起。主設備通過MOSI腳把數據發送給從設備，從設備通過MISO引腳回傳數據。這意味全雙工通信的數據輸出和數據輸入是用同一個時鐘信號同的；時鐘信號由主設備通過SCK腳提供。
2.從選擇(NSS)腳管理
有2種NSS模式：
● 軟件NSS模式：可以通過設置SPI_CR1寄存器的SSM位來使能這種模式(見圖211)。在這種模式下NSS引腳可以用作它用，而內部NSS信號電平可以通過寫SPI_CR1的SSI位來驅動
● 硬件NSS模式，分兩種情況：
─ NSS輸出被使能：當STM32F10xxx工作爲主SPI，並且NSS輸出已經通過SPI_CR2寄存器的SSOE位使能，這時NSS引腳被拉低，所有NSS引腳與這個主SPI的NSS引腳相連並配置爲硬件NSS的SPI設備，將自動變成從SPI設備。當一個SPI設備需要發送廣播數據，它必須拉低NSS信號，以通知所有其它的設備它是主
設備；如果它不能拉低NSS，這意味着總線上有另外一個主設備在通信，這時將產生一個硬件失敗錯誤(Hard Fault)。
─ NSS輸出被關閉：允許操作於多主環境。
注意事項：
- 在改變CPOL/CPHA位之前，必須清除SPE位將SPI禁止。
- 主和從必須配置成相同的時序模式。
- SCK的空閒狀態必須和SPI_CR1寄存器指定的極性一致(CPOL爲’1’時，空閒時應上拉SCK爲
高電平； CPOL爲’0’時，空閒時應下拉SCK爲低電平)。 - 數據幀格式(8位或16位)由SPI_CR1寄存器的DFF位選擇，並且決定發送/接收的數據長度
數據時序圖：![在這裏插入圖片描述]()
SPI內部結構簡明圖
SPI接口一般使用4條線通信：
1、MISO 主設備數據輸入，從設備數據輸出。
2、MOSI 主設備數據輸出，從設備數據輸入。
3、SCLK時鐘信號，由主設備產生。
4、CS從設備片選信號，由主設備控制。
SPI工作原理
① 硬件上爲4根線。
② 主機和從機都有一個串行移位寄存器，主機通過向它的SPI串行寄存器寫入一個字節來發起一次傳輸。
③ 串行移位寄存器通過MOSI信號線將字節傳送給從機，從機也將自己的串行移位寄存器中的內容通過MISO信號線返回給主機。這樣，兩個移位寄存器中的內容就被交換。
④ 外設的寫操作和讀操作是同步完成的。如果只進行寫操作，主機只需忽略接收到的字節；反之，若主機要讀取從機的一個字節，就必鬚髮送一個空字節來引發從機的傳輸。
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