STM32 SPI的5种方向模式

要理解方向模式，必须先回归SPI的物理层本质。

SPI（Serial Peripheral Interface）的核心逻辑并非简单的"发送"和"接收"，而是数据交换 。在SPI总线内部，主设备（Master）和从设备（Slave）各有一个移位寄存器 ，它们通过物理连线构成封闭的环形回路。

基本规律 ：在SCK的每一个时钟沿，主机和从机同时将移位寄存器中的1位数据"推"给对方，同时"拉"进来1位数据。这意味着，SPI在物理层面天生就是全双工的------发1位的同时，必然收到1位。

基于这个物理特性，芯片设计工程师为适应不同的应用场景（以及节省GPIO引脚），通过"裁剪"或"复用"数据线，衍生出多种方向模式。

在深入模式之前，需要明确主从角色的分工：

一般规律是：STM32驱动外设时选择Master；STM32被电脑或主控MCU访问时才选择Slave。

在STM32的HAL库或CubeMX配置中，与方向相关的常见选项如下（以Master视角展开，Slave逻辑与之对称）：

数据线 ：2根（MOSI + MISO），相互独立。
数据流向 ：同时双向。在同一个时钟周期内，主机通过MOSI发送数据，同时从机通过MISO返回数据。
硬件动作：主机的发送移位寄存器和接收移位寄存器同时工作。
应用场景 ：
- 外部Flash（如W25Q64）：主机通过MOSI发送读命令和地址，Flash同时通过MISO输出存储数据，吞吐量高。
- 高速ADC/加速度传感器：需要实时读取采样值，并可能同步配置内部寄存器。
优点：效率最高，通信速率拉满。缺点：占用2个数据GPIO，PCB需要布两根线。

数据线 ：1根（复用MOSI引脚，此时MISO引脚被释放，可作为普通IO使用）。
数据流向 ：分时双向。在同一时刻，这根线要么处于发送（Tx）状态，要么处于接收（Rx）状态，由硬件自动切换。
硬件动作 ：调用HAL_SPI_Transmit()时，硬件自动将MOSI脚使能为输出；调用HAL_SPI_Receive()时，硬件自动将MOSI脚释放为输入（高阻态），把总线控制权交给从机。
应用场景 ：
- 4线SPI接口的屏幕（如ILI9341、SSD1306 OLED） ：屏幕通常只有一个SDA数据脚。初始化时只需写入，调试读ID时需要切换到接收。
- 某些单总线传感器的非标准SPI变种。
优点：节省引脚。缺点：收发不能同时进行，极限速度减半。

数据线 ：1根（仅MOSI）。MISO引脚被释放。
数据流向 ：只发不收。主机完全忽略MISO线上的信号。
硬件动作：发送移位寄存器工作，接收移位寄存器被禁用。
应用场景 ：
- WS2812幻彩灯带（逻辑上类似单向传输）：主机持续输出RGB颜色数据。
- 廉价DAC（数模转换芯片）：主机只需将电压值发送出去，不需要回读芯片状态。
- 项目早期验证：如果确认外设不需要回传任何状态，选择此模式可以简化DMA中断逻辑。
优点：软件逻辑简单。缺点：失去SPI的"交换"特性，无法通过回读校验通信是否正常。

数据线 ：1根（仅MISO）。MOSI引脚虽然在物理上存在，但主机只向外发送"虚拟字节"（如0xFF或0x00）以产生SCK时钟，MOSI线上的数据被忽略。
数据流向 ：只收不发。主机专注于从MISO采样数据。
硬件动作：接收移位寄存器工作，发送寄存器循环发送无意义数据以维持时钟。
应用场景 ：
- 数字麦克风（如MP34DT05）：麦克风内置PLL，只需主机提供时钟，它就会持续从MISO输出PCM音频数据。
- 连续采样ADC：片选拉低后，ADC持续转换并输出数值，主机只需"盲采"。
注意：此模式通常需要与从机的 Transmit Only Slave 配对使用。

这是一个容易被忽略的角色。既然主机有"仅接收"，从机就有对应的"仅发送"。

数据流向：从机只驱动MISO线向外输出数据，完全无视MOSI线上发来的任何指令（相关配置可能通过I2C等其他接口完成）。
应用场景 ：上述的数字麦克风作为从机时，就是典型的Transmit Only Slave。它不需要主机通过SPI发送命令，只需主机提供时钟，便将音频数据"推"出去。

外设类型	推荐的STM32模式	原因与逻辑
高速Flash存储（W25Q系列）	全双工主机	需要同时发送命令和读取数据，速度优先。
2.8寸/3.5寸 SPI屏幕（ILI9341）	半双工主机	屏幕只有一根SDA线。多数情况只写，但为了读取ID验证硬件，需保留接收能力。
单总线LED（WS2812）	仅发送主机	只发送颜色数据，无需回读，GPIO紧张时优先考虑。
数字麦克风/音频流	仅接收主机（配合从机发送）	只需提供时钟，由DMA后台搬移音频数据，CPU零干预。
无MISO引脚的廉价DAC	仅发送主机	物理上未连接MISO，只能选择仅发送模式。

SPI的方向模式并非玄学，而是根据引脚资源 和通信需求做出的权衡。