以STM32为例-通俗语言理解SPI通信协议

SPI 是什么

想象SPI是一个小小的数据高速公路，专门用于让STM32芯片和其他设备（比如传感器或者存储卡）之间快速地传递信息。这条高速公路有四条 “车道”，分别有不同的用途。

四条 “车道” 的作用

1. 主设备输出 / 从设备输入线（MOSI）：

• 这就好比是主设备（STM32）的一个 “说话通道”。
• 主设备通过这条线把数据发送给从设备，就像你对着麦克风说话，声音通过电线传输到音响里一样。

2. 主设备输入 / 从设备输出线（MISO）：

• 这是从设备回应主设备的 “说话通道”。
• 从设备通过这条线把数据发送给主设备，就好像音响通过另一条电线把它自己的状态信息（比如音量大小等）反馈给控制它的设备。

3. 时钟线（SCLK）：

• 这条线就像是整个通信过程的 “指挥棒”。
• 主设备通过它发出有节奏的 “滴答” 声（时钟信号），来告诉其他设备什么时候该发送数据，什么时候该接收数据。
• 所有的数据传输都要跟着这个节奏来，就像大家一起跟着指挥家的指挥棒演奏音乐一样。

4. 片选线（SS）：

• 这是一个 “点名通道”。
• 当主设备想要和某个特定的从设备通信时，就通过拉低（让电压变低）这个从设备对应的片选线来 “点名” 它；
• 就好像老师在教室里点名让某个学生回答问题一样。
• 只有被点名（片选线为低电平）的从设备才会参与通信。

工作模式就像“舞蹈的节奏”

SPI 有四种工作模式，这主要是由时钟信号的 “空闲状态”（时钟极性 CPOL）和数据采样的 “时机”（时钟相位 CPHA）来决定的。

- 时钟极性（CPOL）：

• 如果 CPOL 是 0，那么时钟线在没有数据传输的时候（空闲状态）是低电平，就像指挥棒在休息的时候是放在下面的；
• 如果 CPOL 是 1，空闲状态时钟线就是高电平，指挥棒在休息的时候是举起来的。

- 时钟相位（CPHA）：

• 这个决定了数据是在时钟信号的哪个 “滴答” 声（边沿）被接收或者发送。
• 比如 CPHA 是 0 的时候，数据可能在时钟信号的第一个 “滴答” 上升沿或者下降沿就开始传输；
• 如果 CPHA 是 1，数据可能在第二个 “滴答” 沿传输，就好像舞蹈的节奏不同，动作（数据传输）的时机也不同。

通信过程是“一场对话”

- 初始化准备：

• 就像你在打电话之前要先准备好手机一样，STM32 要先开启 SPI 通信的功能（使能 SPI 时钟），还要设置好通信的 “规则”。
• 比如数据是从高位开始发送还是低位开始发送，通信速度有多快（波特率），采用哪种工作模式等。
• 而且一开始所有的从设备都没有被选中（片选线为高电平），就像大家都在等待被点名一样。

- 开始对话（数据传输）：

• 当 STM32 想要和某个从设备通信时，它会先拉低这个从设备对应的片选线（点名）。
• 然后它会检查一下发送缓冲区是不是空的（就像检查自己的嘴巴是不是可以说话了），如果空了，就把要发送的数据放到发送缓冲区（开始说话）。
• 同时，在这个过程中，从设备也会根据主设备的时钟信号，在合适的时候把自己的数据通过 MISO 线发送给主设备（回应）。
• 主设备会时刻注意接收缓冲区有没有收到从设备发来的数据（就像竖起耳朵听回应），如果收到了，就把数据从接收缓冲区拿出来。

- 结束对话：

• 当数据传输完了，STM32 就会拉高片选线，结束和这个从设备的通信，就像打完电话挂掉一样。

SPI 通信的“厉害之处和用途”

• SPI 通信速度挺快的，就像高速公路上的车可以开得很快一样，能够快速地把数据从一个地方送到另一个地方。
• 而且它可以同时双向传输数据，就像两个人可以同时说话和听对方说话一样，效率很高。
• 另外，SPI 协议理解起来不是很难，在 STM32 里用软件和硬件实现起来也比较方便，占用的资源也不多，所以经常被用来连接一些需要快速获取数据的设备，比如传感器（获取环境数据）、存储卡（存储和读取数据）、显示屏（显示信息）等。