SPI（Serial Peripheral Interface）是一种由摩托罗拉（Motorola）公司开发的高速、全双工、同步串行通信协议。它主要用于短距离通信，常见于微控制器与传感器、存储器、显示屏等外设之间的连接。
SPI通讯协议
1. 核心特点
全双工：数据可以同时发送和接收。
同步：依靠时钟信号（SCK）来同步数据传输。
主从架构：通常有一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）。
四线制：标准 SPI 需要 4 根信号线（也有 3 线或 2 线的变体）。
高速：速度通常比 I2C 和 UART 快得多，可达数十 MHz 甚至上百 MHz。
2. 四根信号线
| 信号线 | 全称 | 方向 | 说明 |
|---|---|---|---|
| SCK | Serial Clock | 主 → 从 | 时钟信号，由主设备产生，用于同步数据。 |
| MOSI | Master Out Slave In | 主 → 从 | 主设备发送数据，从设备接收。 |
| MISO | Master In Slave Out | 从 → 主 | 从设备发送数据，主设备接收。 |
| SS/CS | Slave Select / Chip Select | 主 → 从 | 片选信号，低电平有效（通常），用于选中特定的从设备。 |
3. 工作原理
片选：主设备将目标从设备的SS/CS拉低，激活该从设备。
时钟：主设备产生SCK时钟信号。
数据交换：在时钟的驱动下，数据通过MOSI和MISO同时进行移位传输。通常采用移位寄存器机制，主从设备各有一个移位寄存器，数据在时钟边沿逐位交换。
结束：传输完成后，主设备将SS/CS拉高，释放从设备。
4. 时钟极性（CPOL）与时钟相位（CPHA）
SPI 有四种工作模式，由CPOL和CPHA决定：
| 模式 | CPOL | CPHA | 说明 |
|---|---|---|---|
| Mode 0 | 0 | 0 | 时钟空闲为低，数据在第一个边沿（上升沿）采样。 |
| Mode 1 | 0 | 1 | 时钟空闲为低，数据在第二个边沿（下降沿）采样。 |
| Mode 2 | 1 | 0 | 时钟空闲为高，数据在第一个边沿（下降沿）采样。 |
| Mode 3 | 1 | 1 | 时钟空闲为高，数据在第二个边沿（上升沿）采样。 |
注意：主从设备必须配置相同的模式才能正常通信。
5. 多从设备连接方式
7. 常见应用
STM32中的SPI外设
通常SPI通过4个引脚与外部器件相连：
● MISO：主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。
● MOSI：主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。
● SCK：串口时钟，作为主设备的输出，从设备的输入
● NSS：从设备选择。这是一个可选的引脚，用来选择主/从设备。它的功能是用来作为“片选引脚”，让主设备可以单独地与特定从设备通讯，避免数据线上的冲突。从设备的NSS引脚可以由主设备的一个标准I/O引脚来驱动。一旦被使能(SSOE位)， NSS引脚也可以作为输出引脚，并在SPI处于主模式时拉低；此时，所有的SPI设备，如果它们的NSS引脚连接到主设备的NSS引脚，则会检测到低电平，如果它们被设置为NSS硬件模式，就会自动进入从设备状态。当配置为主设备、 NSS配置为输入引脚(MSTR=1， SSOE=0)时，如果NSS被拉低，则这个SPI设备进入主模式失败状态：即MSTR位被自动清除，此设备进入从模式。
波特率发生器用于生成通信的同步时钟
NSS是片选信号 可以硬件自动控制，也可以使用软件控制。
数据寄存器对应两个缓冲区
一个用于写(发送缓冲)。写操作将数据写到发送缓冲区。
一个用于读(接收缓冲)。读操作将返回接收缓冲区里的数据。
移位寄存器
写入到发送缓冲区的数据，被送入到移位寄存器
按位通过MOSI把数据发送出去
按位把通过MIS0接收的数据存入到移位寄存器
接收数据完毕，数据被送入到接收缓冲区
寄存器配置
独立片选：每个从设备有独立的 SS 线，主设备通过拉低对应 SS 来选中。这是最常用的方式。
菊花链：从设备串联，数据依次传递。节省片选线，但速度较慢。
6. 优缺点
优点：
全双工，速度快。
协议简单，无起始/停止位，无地址帧，数据流连续。
硬件实现简单，占用引脚少（相比并行总线）。
缺点：
没有硬件流控，也没有应答机制（ACK）。
没有地址机制，多从设备需要额外的片选线。
传输距离短，通常板级通信。
没有标准规范，不同厂商的 SPI 可能有细微差异。
存储器：EEPROM、Flash（如 W25Qxx）。
传感器：加速度计、陀螺仪、温度传感器。
显示器：OLED、TFT 屏。
通信模块：以太网控制器、Wi-Fi 模块。
SD 卡（SPI 模式）。
