软件模拟SPI接口程序代码（4种模式）
软件模拟SPI接口程序代码（4种模式）
SPI协议简介
SPI的通信原理很简单，一般主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，通常采用的是4根线，它们是MISO（数据输入，针对主机来说）、MOSI（数据输出，针对主机来说）、SCLK（时钟，主机产生）、CS/SS（片选，一般由主机发送或者直接使能，通常为低电平有效）
●SPI接口介绍
SCK：时钟信号，由主设备产生，所以主设备SCK信号为输出模式，从设备的SCK信号为输入模式。
CS：使能信号，由主设备控制从设备，，所以主设备CS信号为输出模式，从设备的CS信号为输入模式。
MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入，所以主设备MOSI信号为输出模式，从设备的MOSI信号为输入模式。
MISO：主设备数据输入，从设备数据输出，所以主设备MISO信号为输入模式，从设备的MISO信号为输出模式。
●SPI接口连接图
注意：MOSI和MISO不能交叉连接(可以把主从机理解为一个整体系统，MOSI为系统主机发送从机接收的数据线，MISO为主机接收从机发送的数据线)
●SPI数据传输方向
SPI作为全双工的的串行通信协议，数据传输时高位在前，低位在后。主机和从机公用由主机产生的SCK信号，所以在每个时钟周期内主机和从机有1bit的数据交换(因为MOSI和MISO数据线上的数据都是在时钟的边沿处被采样)。如下图：
SPI协议规定数据采样是在SCK的上升沿或下降沿时刻(由SPI模式决定，下面会说到)，观察上图，在SCK的边沿处(上升沿或下降沿)，主机会在MISO数据线上采样(接收来从机的数据)，从机会在MOSI数据线上采样(接收来自主机的数据)，所以每个时钟周期中会有一bit的数据交换。
SPI传输模式
SPI总线传输一共有４种模式，这４种模式分别由时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)来定义。
CPOL：规定了SCK时钟信号空闲状态的电平
CPHA：规定了数据是在SCK时钟的上升沿还是下降沿被采样
----------- ------------------------------------
模式0：CPOL=0，CPHA =0 SCK空闲为低电平，数据在SCK的上升沿被采样(提取数据)
模式1：CPOL=0，CPHA =1 SCK空闲为低电平，数据在SCK的下降沿被采样(提取数据)
模式2：CPOL=1，CPHA =0 SCK空闲为高电平，数据在SCK的下降沿被采样(提取数据)
模式3：CPOL=1，CPHA =1 SCK空闲为高电平，数据在SCK的上升沿被采样(提取数据)
以模式0为例：SCK空闲为低电平，数据在SCK的上升沿被采样(提取数据)，在SCK的下降沿切换数据线的数据。
◐在时钟的第1个上升沿(游标1处)(采样点)
MOSI上数据为1，则在此边沿从机采样(提取)数据为1，采样点在MOSI数据线的中间。
MISO上数据为0，则在此边沿主机采样(提取)数据为0，采样点在MISO数据线的中间。
◐在时钟的第1个下降沿(游标2处)(切换点)
MOSI上数据由1切换为0，，数据在时钟下降沿时切换数据。
MISO上数据由0切换为1，，数据在时钟下降沿时切换数据。
◐在时钟的第2~8个上升沿(采样点)，主机在MISO上采样数据，从机在MOSI上采样数据。
◐在时钟的第2~8个下降沿(切换点)，主机在MISO上切换数据，从机在MOSI上切换数据
通过模拟SPI程序来加深理解
使用STM32L4R5ZI MCU进行的测试
初始化代码：
/**SPI1 GPIO Configuration
PA5 ------> SPI1_SCK
PA6 ------> SPI1_MISO
PA7 ------> 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);
}
模拟SPI4种工作模式：
/* 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++) // 循环8次
{
SCK_H; //拉高时钟
if(byte&0x80)
{
MOSI_H; //若最到位为高，则输出高
}
else
{
MOSI_L; //若最到位为低，则输出低
}
byte <<= 1; // 低一位移位到最高位
delay_us(1);
SCK_L; //拉低时钟
Temp <<= 1; //数据左移
if(MISO)
Temp++; //若从从机接收到高电平，数据自加一
delay_us(1);
}
return (Temp); //返回数据
}
/* 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++) // 循环8次
{
if(byte&0x80)
{
MOSI_H; //若最到位为高，则输出高
}
else
{
MOSI_L; //若最到位为低，则输出低
}
byte <<= 1; // 低一位移位到最高位
delay_us(1);
SCK_L; //拉低时钟
Temp <<= 1; //数据左移
if(MISO)
Temp++; //若从从机接收到高电平，数据自加一
delay_us(1);
SCK_H; //拉高时钟
}
return (Temp); //返回数据
}
/* 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;
}