单片机C语言SPI通信指南：高速串行通信的利器，让代码更快速

# 1. 单片机C语言SPI通信概述

单片机C语言SPI（串行外围接口）通信是一种常用的串行通信协议，广泛应用于嵌入式系统中。它允许单片机与外部设备（如传感器、显示器、无线模块等）进行数据交换。

SPI通信基于主从模式，其中一个设备（主设备）控制通信，而另一个设备（从设备）响应主设备的请求。SPI通信协议定义了数据传输的格式、时序和控制信号，确保主从设备之间的数据交换可靠且高效。

在单片机C语言中，SPI通信可以通过特定的寄存器和函数来实现。通过配置SPI通信引脚、时钟和数据格式，可以初始化SPI通信。通过发送和接收数据函数，可以实现主从设备之间的数据传输。

# 2. SPI通信理论基础

### 2.1 SPI通信原理与协议

#### 2.1.1 SPI通信的物理层

SPI通信采用四线制物理连接方式，包括：

- **MOSI (Master Out, Slave In)：** 主设备发送数据到从设备。
- **MISO (Master In, Slave Out)：** 从设备发送数据到主设备。
- **SCLK (Serial Clock)：** 主设备提供时钟信号，同步数据传输。
- **SS (Slave Select)：** 主设备选择要通信的从设备。

#### 2.1.2 SPI通信的协议规范

SPI通信协议规范定义了数据传输的规则：

- **数据位数：** 每个数据帧包含 4 到 16 位数据位。
- **时钟极性 (CPOL)：** 决定时钟信号的空闲状态是高电平还是低电平。
- **时钟相位 (CPHA)：** 决定数据在时钟信号的上升沿还是下降沿采样。
- **字节顺序：** 决定数据是MSB优先还是LSB优先传输。

### 2.2 SPI通信模式与时序

#### 2.2.1 SPI通信的模式

SPI通信有四种模式，由 CPOL 和 CPHA 的组合决定：

| 模式 | CPOL | CPHA | 数据采样沿 |
|---|---|---|---|
| 模式 0 | 0 | 0 | 时钟上升沿 |
| 模式 1 | 0 | 1 | 时钟下降沿 |
| 模式 2 | 1 | 0 | 时钟下降沿 |
| 模式 3 | 1 | 1 | 时钟上升沿 |

#### 2.2.2 SPI通信的时序图

下图展示了 SPI 通信模式 0 的时序图：

sequenceDiagram
participant 主设备
participant 从设备
主设备->从设备: SS=0
主设备->从设备: SCLK
主设备->从设备: MOSI
从设备->主设备: MISO
主设备->从设备: SS=1

- 在 SS 信号拉低时，主设备选择从设备。
- 主设备提供 SCLK 时钟信号，同步数据传输。
- 主设备通过 MOSI 线发送数据，从设备通过 MISO 线接收数据。
- 当 SS 信号拉高时，通信结束。

# 3. 单片机C语言SPI通信编程

### 3.1 SPI通信初始化

#### 3.1.1 SPI通信引脚配置

在使用SPI通信之前，需要对单片机的SPI通信引脚进行配置，包括：

- **MOSI（Master Out Slave In）：**主设备发送数据到从设备的引脚。
- **MISO（Master In Slave Out）：**从设备发送数据到主设备的引脚。
- **SCLK（Serial Clock）：**时钟信号引脚，由主设备提供。
- **SS（Slave Select）：**从设备片选引脚，由主设备控制。

引脚配置示例（以STM32F103C8T6为例）：

// 初始化SPI引脚
void SPI_PinConfig(void)
{
    // 使能SPI时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);
    // 配置MOSI引脚
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    // 配置MISO引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =