軟件模擬SPI接口程序代碼（4種模式）

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SPI協議簡介

? ? SPI的通信原理很簡單，一般主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，通常采用的是4根線，它們是MISO（數據輸入，針對主機來說）、MOSI（數據輸出，針對主機來說）、SCLK（時鐘，主機產生）、CS/SS（片選，一般由主機發送或者直接使能，通常為低電平有效）

●SPI接口介紹

SCK：時鐘信號，由主設備產生，所以主設備SCK信號為輸出模式，從設備的SCK信號為輸入模式。

CS：使能信號，由主設備控制從設備，，所以主設備CS信號為輸出模式，從設備的CS信號為輸入模式。

MOSI：主設備數據輸出，從設備數據輸入，所以主設備MOSI信號為輸出模式，從設備的MOSI信號為輸入模式。

MISO：主設備數據輸入，從設備數據輸出，所以主設備MISO信號為輸入模式，從設備的MISO信號為輸出模式。

●SPI接口連接圖

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注意：MOSI和MISO不能交叉連接(可以把主從機理解為一個整體系統，MOSI為系統主機發送從機接收的數據線，MISO為主機接收從機發送的數據線)

●SPI數據傳輸方向

　SPI作為全雙工的的串行通信協議，數據傳輸時高位在前，低位在后。主機和從機公用由主機產生的SCK信號，所以在每個時鐘周期內主機和從機有1bit的數據交換(因為MOSI和MISO數據線上的數據都是在時鐘的邊沿處被采樣)。如下圖：

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SPI協議規定數據采樣是在SCK的上升沿或下降沿時刻(由SPI模式決定，下面會說到)，觀察上圖，在SCK的邊沿處(上升沿或下降沿)，主機會在MISO數據線上采樣(接收來從機的數據)，從機會在MOSI數據線上采樣(接收來自主機的數據)，所以每個時鐘周期中會有一bit的數據交換。

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SPI傳輸模式

SPI總線傳輸一共有４種模式，這４種模式分別由時鐘極性(CPOL)和時鐘相位(CPHA)來定義。

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CPOL：規定了SCK時鐘信號空閑狀態的電平?

CPHA：規定了數據是在SCK時鐘的上升沿還是下降沿被采樣

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模式0：CPOL=0，CPHA =0? SCK空閑為低電平，數據在SCK的上升沿被采樣(提取數據)

模式1：CPOL=0，CPHA =1? SCK空閑為低電平，數據在SCK的下降沿被采樣(提取數據)

模式2：CPOL=1，CPHA =0? SCK空閑為高電平，數據在SCK的下降沿被采樣(提取數據)

模式3：CPOL=1，CPHA =1? SCK空閑為高電平，數據在SCK的上升沿被采樣(提取數據)

以模式0為例：SCK空閑為低電平，數據在SCK的上升沿被采樣(提取數據)，在SCK的下降沿切換數據線的數據。

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?在時鐘的第1個上升沿(游標1處)(采樣點)

　　MOSI上數據為1，則在此邊沿從機采樣(提取)數據為1，采樣點在MOSI數據線的中間。

　　MISO上數據為0，則在此邊沿主機采樣(提取)數據為0，采樣點在MISO數據線的中間。

?在時鐘的第1個下降沿(游標2處)(切換點)

　　MOSI上數據由1切換為0，，數據在時鐘下降沿時切換數據。

　　MISO上數據由0切換為1，，數據在時鐘下降沿時切換數據。

?在時鐘的第2~8個上升沿(采樣點)，主機在MISO上采樣數據，從機在MOSI上采樣數據。

?在時鐘的第2~8個下降沿(切換點)，主機在MISO上切換數據，從機在MOSI上切換數據

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通過模擬SPI程序來加深理解

使用STM32L4R5ZI MCU進行的測試

初始化代碼：

/**SPI1 GPIO Configuration PA5 ------> SPI1_SCKPA6 ------> SPI1_MISOPA7 ------> SPI1_MOSI */ #define SPI_SCK_PIN GPIO_PIN_5 #define SPI_SCK_GPIO_PORT GPIOA #define SPI_MOSI_PIN GPIO_PIN_7 #define SPI_MOSI_GPIO_PORT GPIOA #define SPI_MISO_PIN GPIO_PIN_6 #define SPI_MISO_GPIO_PORT GPIOA #define SPI_NSS_PIN GPIO_PIN_14 #define SPI_NSS_GPIO_PORT GPIOD#define SPI_SCK_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE() #define SPI_MISO_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE() #define SPI_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE() #define SPI_NSS_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE()#define MOSI_H HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_SET) #define MOSI_L HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_RESET) #define SCK_H HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET) #define SCK_L HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET) #define MISO HAL_GPIO_ReadPin(SPI_MISO_GPIO_PORT, SPI_MISO_PIN) #define NSS_H HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_SET) #define NSS_L HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_RESET) ·void SPI_Init(void) { /*##-1- Enable peripherals and GPIO Clocks #########################*//* Enable GPIO TX/RX clock */SPI_SCK_GPIO_CLK_ENABLE();SPI_MISO_GPIO_CLK_ENABLE();SPI_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE();SPI_NSS_GPIO_CLK_ENABLE();/*##-2- Configure peripheral GPIO #######################*//* SPI SCK GPIO pin configuration */GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.Pin = SPI_SCK_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;HAL_GPIO_Init(SPI_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);HAL_GPIO_WritePin(SPI_SCK_GPIO_PORT, SPI_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET);/* SPI MISO GPIO pin configuration */GPIO_InitStruct.Pin = SPI_MISO_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;HAL_GPIO_Init(SPI_MISO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);/* SPI MOSI GPIO pin configuration */GPIO_InitStruct.Pin = SPI_MOSI_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;HAL_GPIO_Init(SPI_MOSI_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_PORT, SPI_MOSI_PIN, GPIO_PIN_SET);GPIO_InitStruct.Pin = SPI_NSS_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;HAL_GPIO_Init(SPI_NSS_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);HAL_GPIO_WritePin(SPI_NSS_GPIO_PORT, SPI_NSS_PIN, GPIO_PIN_SET);}

?模擬SPI4種工作模式：

/* CPOL = 0, CPHA = 0, MSB first */ uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE0( uint8_t write_dat ) {uint8_t i, read_dat;for( i = 0; i < 8; i++ ){if( write_dat & 0x80 )MOSI_H; else MOSI_L; write_dat <<= 1;delay_us(1); SCK_H; read_dat <<= 1; if( MISO ) read_dat++; delay_us(1);SCK_L; __nop();}return read_dat; }/* CPOL=0，CPHA=1, MSB first */ uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE1(uint8_t byte) {uint8_t i,Temp=0;for(i=0;i<8;i++) // 循環8次{SCK_H; //拉高時鐘if(byte&0x80){MOSI_H; //若最到位為高，則輸出高}else {MOSI_L; //若最到位為低，則輸出低}byte <<= 1; // 低一位移位到最高位delay_us(1);SCK_L; //拉低時鐘Temp <<= 1; //數據左移if(MISO)Temp++; //若從從機接收到高電平，數據自加一delay_us(1);}return (Temp); //返回數據 }/* CPOL=1，CPHA=0, MSB first */ uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE2(uint8_t byte) {uint8_t i,Temp=0;for(i=0;i<8;i++) // 循環8次{if(byte&0x80){MOSI_H; //若最到位為高，則輸出高}else {MOSI_L; //若最到位為低，則輸出低}byte <<= 1; // 低一位移位到最高位delay_us(1);SCK_L; //拉低時鐘Temp <<= 1; //數據左移if(MISO)Temp++; //若從從機接收到高電平，數據自加一delay_us(1);SCK_H; //拉高時鐘}return (Temp); //返回數據 }/* CPOL = 1, CPHA = 1, MSB first */ uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE3( uint8_t write_dat ) {uint8_t i, read_dat;for( i = 0; i < 8; i++ ){SCK_L; if( write_dat & 0x80 )MOSI_H; else MOSI_L; write_dat <<= 1;delay_us(1); SCK_H; read_dat <<= 1; if( MISO ) read_dat++; delay_us(1);__nop();}return read_dat; }

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的软件模拟SPI接口程序代码（4种模式）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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