SPI（串行外围设备接口）是一种高速的、全双工、同步的通信协议，通常用于短距离通信，尤其是在嵌入式系统中与各种外围设备进行通信。SPI接口由摩托罗拉公司推出，由于其简单和灵活的特性，它被广泛用于多种应用中，包括传感器、显示屏、存储器等。
信号线：
- SCLK（Serial Clock）：串行时钟信号，由主设备提供，用于同步数据传输。
- MOSI（Master Out Slave In）：主设备输出从设备输入信号，用于发送数据。
- MISO（Master In Slave Out）：主设备输入从设备输出信号，用于接收数据。
- SS/CS（Slave Select/Chip Select）：从设备选择信号，由主设备控制，用于选择需要进行通信的从设备。
电气特性：
- 电平标准：SPI接口通常支持TTL/CMOS电平标准。在某些情况下，也可以使用其他电平标准，如LVDS（低电压差分信号）。
- 信号方向：SPI是一个主从结构的协议，有一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）。主设备控制时钟信号，并选择要通信的从设备。
- 时钟极性和相位：SPI协议允许配置时钟的极性和相位，即CPOL（Clock Polarity）和CPHA（Clock Phase）。这允许SPI协议能够适应不同的硬件设计和应用需求。
- 数据速率：SPI的数据传输速率可以通过时钟信号来控制，支持非常高的数据传输速率，从几百kHz到几十MHz不等。
- 数据位宽：SPI协议支持多种数据位宽，从8位到16位甚至更多，这取决于具体的应用和设备。
- 数据传输模式：SPI支持单工、半双工和全双工的数据传输模式。
与I2C的与别
总线结构：
- SPI 是一个主从结构的协议，通常有一个主设备和一个或多个从设备。主设备控制通信，并决定哪个从设备进行数据交换。
- I²C 也是一个主从结构的协议，但允许多个主设备存在。一个主设备可以与一个或多个从设备进行通信，并且多个主设备可以共享同一条总线。
信号线：
- SPI 通常使用四根信号线：SCLK（时钟线）、MOSI（主设备输出从设备输入）、MISO（主设备输入从设备输出）和SS/CS（从设备选择线）。
- I²C 使用两根信号线：SCL（时钟线）和SDA（数据线）。所有设备都连接到这两根线上。
数据速率：
- SPI 支持非常高的数据传输速率，通常在几个MHz的范围内。
- I²C 的数据速率通常较低，标准模式下最高可达100 Kbps，快速模式下可达400 Kbps，高速模式下可达3.4 Mbps。
数据传输方式：
- SPI 是全双工的，可以在同一时间发送和接收数据。
- I²C 是半双工的，数据线上的数据传输方向由当前的数据传输模式（写或读）决定。
设备寻址：
- SPI 通过独立的从设备选择线（SS/CS）来寻址，每个从设备都有一个唯一的SS/CS线。
- I²C 使用7位或10位地址来寻址，所有设备共享相同的SDA和SCL线，通过地址来区分不同的设备。
时钟控制：
- SPI 的时钟由主设备控制，从设备不能控制时钟。
- I²C 的时钟由当前正在进行数据传输的主设备控制，但任何设备都可以通过拉低SDA线来延缓时钟，实现简单的流量控制。
连接数量：
- SPI 的从设备数量受限于主设备的SS/CS线的数量。
- I²C 的设备数量理论上受限于地址空间，但实际上受限于总线的电气负载能力。
布线复杂性：
- SPI 通常需要更多的连线，因为每个从设备都需要一个独立的SS/CS线。
- I²C 由于只有两根线，因此布线更简单，特别是在设备数量较多时。
协议
SPI写操作的一个简单示例流程如下：
- 主设备拉低从设备的SS/CS线，选中从设备。
- 主设备开始提供时钟信号。
- 主设备通过MOSI线发送数据位，从设备接收这些数据。
- 如果需要，从设备可以通过MISO线发送数据（例如，状态位或响应数据）。
- 数据传输完成后，主设备停止提供时钟信号，并拉高SS/CS线，结束本次通信。
[SS/CS 拉低][命令/地址][数据位0][数据位1][数据位2]...[数据位N][SS/CS 拉高]
SS/CS 拉低：主设备将对应的从设备选择线（SS/CS）拉低，启动数据传输。命令/地址：主设备通过MOSI线发送的命令或地址信息，用于指定要写入的数据或寄存器。数据位0到数据位N：主设备通过MOSI线发送的实际数据位。N代表了数据的位数，可以是8位、16位、32位等，取决于具体的应用和设备。SS/CS 拉高：主设备在数据传输完成后将SS/CS线拉高，结束本次通信。
SPI读操作的一个简单示例流程如下：
- 主设备拉低从设备的SS/CS线，选中从设备。
- 主设备开始提供时钟信号，并通过MOSI线发送读取命令或地址。
- 从设备在接收到命令或地址后，准备发送数据。
- 从设备通过MISO线在时钟的同步下发送数据位给主设备。
- 主设备接收数据位，并可能通过MOSI线发送无关数据或者保持高阻态。
- 数据传输完成后，主设备停止提供时钟信号，并拉高SS/CS线，结束本次通信。
[SS/CS 拉低][命令/地址][数据位0][数据位1][数据位2]...[数据位N][SS/CS 拉高]
SS/CS 拉低：主设备将对应的从设备选择线（SS/CS）拉低，启动数据传输。命令/地址：主设备通过MOSI线发送的命令或地址信息，用于指定要读取的数据或寄存器。数据位0到数据位N：从设备通过MISO线发送的实际数据位。N代表了数据的位数，可以是8位、16位、32位等，取决于具体的应用和设备。SS/CS 拉高：主设备在数据传输完成后将SS/CS线拉高，结束本次通信。
注意
在实际的SPI通信中，命令/地址部分和数据位部分的位数是由具体设备的通信协议决定的。SPI协议支持全双工通信，因此在写入数据的同时，从设备也可以通过MISO线发送数据，但主设备通常不会使用这些数据，除非它需要接收特定的状态信息或响应数据从从设备。在半双工或单工通信模式下，MOSI线或MISO线可能不用于数据传输。
STM32Cude MX
HAL库中与SPI相关的函数：
- HAL_SPI_Init：初始化SPI外设。
- HAL_SPI_Deinit：关闭SPI外设。
- HAL_SPI_Transmit：发送数据。
- HAL_SPI_Receive：接收数据。
- HAL_SPI_TransmitReceive：同时发送和接收数据。
- HAL_SPI_ReadWrite：读写操作。
- HAL_SPI_GetState：获取SPI的状态。
- HAL_SPI_SetBaudRate：设置波特率。
- HAL_SPI_ConfigurePins：配置SPI引脚。
- HAL_SPI_ErrorCallback：错误回调函数。
- HAL_SPI_TxRxCpltCallback：传输/接收完成回调函数。