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[一 概述](#一 概述)
[二 介绍SPI](#二 介绍SPI)
[三 底层SPI.c函数代码分析](#三 底层SPI.c函数代码分析)
一 概述
在正式开始讲 SPI 之前，如果你之前看过我写的那篇**《别急着点亮 OLED，先把 STM32 的 I2C 通信搞明白》**，那你现在再来看 SPI 会轻松很多，因为两者在通信机制上有不少可以对比记忆的地方。不过就算你没学过 I2C也没关系，这篇文章我会从 SPI 的最基础内容讲起，帮助你一步一步建立起清晰的理解。
这篇文章不会直接跳到复杂的实战例子，而是先把 SPI 的核心原理和基本操作讲清楚，然后再把SPI底层的代码讲解清楚。等你掌握了这些"底层骨架"，再去看像 W25Q64、NRF24L01 这些实际应用的代码，你会发现一切都顺理成章、好懂多了。
所以请你耐心看完，相信我，你一定能明白 SPI 到底是怎么回事。
二 介绍SPI
（1）I2C和SPI的区别
为了让大家更加清晰地了解I2C和SPI之间地区别，我给大家用表格形式写出来，我觉得这样子会更加地清晰明了。
| 比较项 | I2C | SPI |
|---|---|---|
| 通讯方式 | 半双工通信，不能同时收发 | 全双工通信，可以同时收发 |
| 协议复杂度 | 协议较复杂，需要起始位、地址、应答等 | 协议较简单，直接通过时钟同步数据 |
| 从机选择方式 | 通过地址识别多个从机 | 每个从机一个片选引脚（NSS或SS或CS） |
| 通讯速度 | 一般为 100kHz 左右 | 最高可达 50MHz（视具体芯片而定） |
| 所需引脚数量 | 两根（SCL、SDA） | 四根（SCK、MOSI、MISO、NSS或SS或CS） |
| 抗干扰能力 | 强（基于总线结构，有确认机制） | 弱（点对点高速传输，对时序要求高） |
| 硬件资源开销 | 小 | 相对更大 |
| [I2C 与 SPI 通讯协议对比表] |
在这里面，要特别记住一个点：I2C是有应答机制的，SPI没有应答机制**。**面试官问到关于I2C和SPI的区别问题的时候，好多人都会忘记这一点，这一点大家要牢记！
（2）SPI的介绍
SPI（Serial Peripheral Interface） 中文名叫 串行外设接口，是一种常用的高速、全双工、主从式同步串行通信协议，常用于 MCU（如 STM32）与外设（如 Flash、OLED、NRF24L01、ADC 等）之间的数据交换。其中，同步就代表着共用同一个时钟SCK，到了下面讲SPI的物理架构，大家就会发现了。
（3）SPI的物理架构
SPI包含四条通信线，分别为SCK、MOSI、MISO、SS，他们的作用如下：
| 名称 | 方向 | 功能说明 |
|---|---|---|
| SCK | 主机输出 → 从机输入 | 由主机产生的时钟信号，用于同步通信节奏 |
| MOSI | 主机输出 → 从机输入 | 主机发送数据，从机接收数据 |
| MISO | 从机输出 → 主机输入 | 从机发送数据，主机接收数据 |
| SS / CS | 主机输出 → 从机输入 | 从机片选信号，低电平有效，主机控制哪个从机参与通信 |
单片机想要和哪一个从机通信，我们只需要拉低片选SS这个引脚处的电平即可~，具体的工作原理我在后面讲时序部分会进行详细介绍。
在本次的stm32f103c8t6这个芯片上，一共有三个SPI接口，SPI1-3，其中SPI1和SPI3是具有重映射功能。
摘自stm32f1xx的中文参考手册-第120页
（4）工作原理
在正式进入SPI的工作原理讲解前，我先给大家画个图，先去理解一个简单的主机从机和移位寄存器的工作原理：
在这张图片里面的主从机中的移位寄存器都是向左移位的，其中，单片机内部时钟会为两个移位寄存器提供时间基准。
现在请看上面这张图，我给大家口述功能：现在我想要主机给从机发送数据，也就是MOSI的功能，请看主机中移位寄存器的数据：1010 1010，这个时候，SPI 的波特率发生器（可以理解为一个定时器），每发出一个时钟脉冲，主机就会把最左边的那一位"推出去"，通过MOSI 线，发给从机，1010 1010这个数最左边的1给到了从机里面的移位寄存器的最后一位，然后原先是1010 1010的数就整体向左移动一位，变成0101 0100（因为向左移动之后，最右边空了一个自动补0），循环八次，就把左侧主机中的1010 1010写到了右边从机上了，这就是MOSI。
MISO呢，也差不多是同样的道理，右侧的从机给主机发送数据，则是右边的移位寄存器的最左的数字1，传给主机的最后一位，然后剩下的111 0000向左移动一位，就成了1110 0000（右侧自动补零），不断循环八次，就将最初的1111 0000移动到了主机上的移位寄存器当中。
有了如上的思路之后，我们看《stm32f1xx的中文参考手册》：
不难看出，这里怎么多了两个东西，分别是发送缓冲区和接收缓冲区，事实上，我们是不能直接通过数据控制器把数据发送给移位寄存器的，而是先把数据发送给发送缓冲区TDR，然后再通过TDR再发送给移位寄存器的，发出去也是同样的道理，只不过到了接收缓冲区就是SPI的最后一步了，之后需要CPU或者DMA来主动读取，数据就一直放在接收缓冲区部分了，CPU读取接收缓冲区
RDR的数据之后，就可以放到RAM、处理逻辑、打印串口、写屏幕等等。
，关于CPOL和CPHA部分，请继续往下看，那里是关于工作模式部分的，于是，我进行了一个"简单的总结"（哭，我真的做了好久这张图（留下了不争气的眼泪））
（5）工作模式
引入两个全新的概念，时钟极性CPOL、时钟相位CPHA。
时钟极性CPOL
时钟极性,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在空闲状态为低电平
CPOL = 1时，SCK在空闲状态为高电平
时钟相位CPHA
时钟相位是指数据的采样的时刻。
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
CPHA=1时， 数据线在SCK的"偶数边沿"采样
也就有了如下的四种工作模式：
| SPI工作模式 | CPOL | CPHA | SCL空闲状态 | 采样边沿 | 采样时刻 |
|---|---|---|---|---|---|
| 模式0 | 0 | 0 | 低电平 | 上升沿 | 奇数边沿 |
| 模式1 | 0 | 1 | 低电平 | 下降沿 | 偶数边沿 |
| 模式2 | 1 | 0 | 高电平 | 下降沿 | 奇数边沿 |
| 模式3 | 1 | 1 | 高电平 | 上升沿 | 偶数边沿 |
大家可能看的比较生硬，给大家举个例子，模式0，也就是CPOL=0，CPHA=0。在图中为什么能在MOSI这根线上得出10100呢？是因为在上升沿处画一根竖线，穿过了MOSI，如果这根线穿过MOSI的高电平那就为1，如果是低电平那就为0。
三 底层SPI.c函数代码分析
头文件代码
cs
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "spi.h"以上是头文件部分的代码
SPI底层函数代码
cs
//用SPI1处的引脚
void W25Q64_SPI_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);
// CS 管脚（PA4）
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4); // 拉高片选
// SCK (PA5), MOSI (PA7)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/*
为什么要把cs配置成推挽输出，而把SCK和MOSI配置成复用推挽呢？
答：这些引脚（如 PA5、PA7）是由 SPI1 外设控制的。
你不能用 GPIO_SetBits/GPIO_ResetBits 控制它，而是通过 SPI_SendData 控制。
而对于CS来说，他只是作为普通的IO口
*/
// MISO (PA6)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/*
为什么这里MISO引脚配置成浮空输入？
答：因为MISO的情况是单片机作为从机，SPI外设作为主机，单片机是接收状态，有信号
给单片机，单片机此刻就是接收（输入）
*/
// SPI 配置
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; // CPOL=0，空闲为低
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; // CPHA=0，第一个边沿采样
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
/*
SPI_CRCPolynomial = 7 是一个默认配置值，只有在启用 SPI_CRCCALCULATION_ENABLE 时
才会用到。 你当前没启用 CRC 功能，所以可以无视它，留着也不影响。
*/
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}该函数我已经做好相应的注释了，大家直接进入到代码当中观看即可，同时我要说明一下为什么要选这几个引脚为CS、MOSI等等，大家请翻看《stm32fxx的中文参考手册》的第120页以及第111页
标题：SPI引脚（中文参考手册第120页）
标题：SPI的引脚该配置哪种模式（中文参考手册第111页）
我们看如上照片，由于官网手册已经表明SPI1的引脚为PA4、PA5、PA6、PA7这几个，并且配置成何种模式已在上面体现出来，我们就不能再随便更改了，所以我们只需要将对应的引脚插好即可~
发送接收字节函数代码
cs
//发送/接收一个字节
uint8_t w25q64_spi_swap_byte(uint8_t data)
{
//TXE 为 1 表示可以写入数据了
while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
SPI_I2S_SendData(SPI1, data);
//RXNE 为 1 表示已经有数据被接收到，可以读取数据
while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);
//再将SPI1读取的数据，再返还给这个函数的返回值
return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}大家还记得函数前面有东西（指的是uint8_t）和后面有东西（uint8_t data）都代表着什么意思嘛，大家如果这里不懂大家请在评论区告诉我，如果有人我就重新写个详细的文章进行讲解。
这个函数后面有东西，也就代表着这个data是需要我们自己写data是什么，但是这里就不进行过多赘述哈，关于W25Q64的相关运动，会在下一篇文章当中讲解。当然哦，以上所有函数都要放到spi.h当中进行函数的声明哦~
SPI的原理很复杂，我写本篇文章还是希望大家能认真仔细看的，内容干货偏多，请大家慢慢吸收相应的知识，如果大家觉得我写的不错，请给我点赞收藏加关注，多多转发哦，目前我还是一名准大三的学生，如果我有写的不足的地方，还请多多指正（抱拳鞠躬），谢谢大家啦！！！
关于SPI的应用W25Q64，请大家耐心观看完本篇文章再进行后续关于W25Q64的实操内容哦