STM32 IO模拟SPI

首先SPI通信有四种模式，由时钟相位(CPHA)和时钟极性(CPOL)的不同配置组合而成，当CPOL=0时，时钟空闲状态为低电平；当CPOL=1时，时钟空闲状态为高电平。当CPHA=0时，在时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；当CPHA=1时，在时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样。主机和从机的配置应该是一致的。

下面两张图是从STM32F103的参考手册截取的，结合图便可以理解前面的内容。

图1

图2

以模式0(即CPOL=0,CPHA=0)为例，对应图2，看下主机端的代码该怎么写，此处忽略引脚初始化代码，仅讲解发送和接收的代码，先来看发送，代码如下：

/*software spi write byte*/
void SpiWriteByte_Software(uint8_t c)
{
    //片选
    SPI_NSS_L;

    //MSB First
    for(uint32_t i = 0;i < 8; i++)
    {
        /*主机准备数据*/
        if(c & (uint8_t)0x80)
        {
            SPI_MOSI_H;
        }
        else
        {
            SPI_MOSI_L;
        }
        //获取下一个传输的bit
        c <<= 0x1UL;

        //拉高时钟，从机在上升沿读取主机数据
        SPI_CLK_H;
        //主机拉低时钟
        SPI_CLK_L;
    }

    //去片选
    SPI_NSS_H;
}

发送的时候我们只需要关心时钟信号、MOSI、NSS这三根线，在发送数据前先拉低片选(低有效)，告诉从机准备好接收数据，主机将要发送的数据以高位先行的方式从MOSI线逐位移出，准备好第一个bit位后，拉高时钟线，从机在时钟的上升沿读取MOSI线的状态，读取后即得到了第一个bit位，拉低时钟线，主机准备第二个bit位，以此循环直到发送完所有数据。

理解了发送的过程，那么接收也就简单了，代码如下：

/*software spi read byte*/
uint8_t SpiReadByte_Software(void)
{
    uint8_t retData = 0;

    //片选
    SPI_NSS_L;

    for(uint32_t i = 0;i < 8; i++)
    {
        //拉高时钟，
        SPI_CLK_H;

        if(SPI_MISO)
        {
            retData |= ((uint8_t)0x80 >> i);
        }
        else
        {
            retData &= (~((uint8_t)0x80 >> i));
        }

        SPI_CLK_L;
    }

    //去片选
    SPI_NSS_H;

    return retData;
}

接收过程和发送过程不一样的就是把关心的MOSI换成了MISO而已，在接收数据前先拉低片选，告诉从机可以发送数据了，从机就会将bit数据准备好，主机拉高时钟，读取MISO的状态即可得到从机发送的第一个bit位，然后拉低时钟，告诉从机准备下一个传输的bit位，从机准备好后，主机再次拉高时钟，读取MISO状态，以此循环接收完所有数据。

上面的过程是发送和接收分离的，SPI协议是可以工作在全双工模式的，发送数据的同时也可以接收数据，只需要将发送和接收合并一下就行了。

将程序结合时序图，更加容易理解，当你理解了SPI协议，那么I2C和UART的通信模拟也是非常简单的，主要就是能看懂时序。