STM32内部集成了硬件SPI收发电路，可以由硬件自动执行时钟生成、数据收发等功能，减轻CPU的负担可配置8位/16位数据帧、高位先行/低位先行

最常用的配置是 8 位、高位先行

时钟频率： fPCLK / (2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256)

SPI 的时钟就是 PCLK（外设时钟） 分频得来的，APB1 的 PCLK 是 36MHZ，APB2 的 PCLK 是 72MHZ

支持多主机模型、主或从操作

可精简为半双工/单工通信

支持DMA（如果需要快速传输数据，使用 DMA 自动搬运数据）

兼容I2S协议

STM32F103C8T6 硬件SPI资源：SPI1、SPI2

SPI1 和 SPI2 挂载的总线是不一样的，SPI1挂载在APB2（PCLK 是 72MHZ），SPI2 挂载在APB1（PCLK 是 36MHZ）

SPI 框图

首先左上角核心部分，就是移位寄存器，数据低位一位一位地从 MOSI 移出去，然后 MISO 的数据一位一位地移入数据高位，可以看的出来是低位先行的配置，可以通过 LSBFIRST 控制位，这一位可以控制是低位先行还是高位先行（给 0 先发送 MSB 高位，给 1 先发送 LSB 低位）

接下来左上角画了个方框，把 MOSI 和 MISO 做了交叉，主要是用来进行主从模式引脚变换的，这个 SPI 外设可以作主机也可以做从机，主机和从机的输入输出模式不同，如果要切换主机和从机的话，线路就要交叉一下（作主机的话就不用交叉了）

这两个缓冲区（接收缓冲区，发送缓冲区）实际上就是数据寄存器 DR ，发送缓冲区是发送寄存器 TDR

接收缓冲区是接收寄存器 RDR，TDR 和 RDR 占用同一个地址，统一叫做 DR

左上角核心部分体现了发送和接收的执行流程

右下角是一些控制逻辑，首先的是波特率发送器用于产生 SCK 时钟的，内部主要是一个分频器，输入时钟是 PCLK(72M 或 36M)，经过分频器之后输出到 SCK 引脚

然后右边 SPI_CR1 寄存器的三个位 BR0、BR1、BR2 用来控制分频系数

这三位写入上面这些值，可以对 PCLK 时钟执行 2~256 的分频，分频后就是 SCK 时钟

接着后面这些通信电路和各种寄存器，比如LSBFIRST这一位可以控制是低位先行还是高位先行，SPE 是 SPI 使能 就是 SPI_Cmd 函数配置的位，BR 配置波特率，就是 SCK 时钟，MSTR 配置主从模式（1 是主模式，0 是从模式）CPOL 和 CPHA 是用来选择 SPI 的四种模式，SR 状态寄存器，TXE 发送寄存器空，RXNE 接收寄存器非空

最后还有 NSS 引脚，就是从机选择，低电平有效所以前面加了 N，但是硬件的 NSS 设计更偏向实现多主机，总的来说这个 NSS 并不会用到，SS 引脚直接使用一个 GPIO 模拟就行

SPI 基本结构

移位寄存器高位移出通过 GPIO 到 MOSI 从 MOSI 输出，移入的数据从 MISO 进来，通过 GPIO 到移位寄存器的低位，这样循环8次就能实现主机和从机交换一个字节，然后 TDR 和 RDR 的配合可以实现连续的数据流，另外，TDR 数据整体转入移位寄存器的时候置 TXE 标志位，移位寄存器数据整体转入 RDR 的时刻，置 RXNE 标志位

然后波特率发生器产生时钟输出到SCK引脚，数据控制器就看成一个管理员，控制着所有电路的运行，最后开关控制也就是 SPI_Cmd，另外 SS 从机选择引脚使用 GPIO 模拟即可

主模式全双工连续传输

输出的流程：

CPOL = 1 CPHA = 1 说明是 SPI 模式 3，所以 SCK 默认是高电平，然后在第一个下降沿 MOSI 和 MISO 移出数据，之后上升沿移入数据，依次这样来进行

第二行是 MOSI 和 MISO 输出的波形，跟随 SCK 时钟变换，数据位依次出现

第三行是 TXE 发送寄存器空标志位

第四行是发送缓冲器 TDR （发送数据寄存器）写入 SPI_DR

BSY（BUSY）是由硬件自动设置和清除的

输入的流程：

第一个是 MISO/MOSI 的输入数据

第二个是 RXNE 接收数据寄存器非空标志位

第三行是接收缓冲器 RDR （接收数据寄存器）读入 SPI_DR

分析：

首先 SS 至低电平开始时序，在刚开始时，TXE为1表示TDR空，可以写入数据开始传输，然后第1步就是软件写入0xF1至SPI_DR，0xF1就是要发送的第1个数据，可以看到写入之后，TDR变为0xF1，同时，TXE变为0表示TDR已经有数据了， TDR是等候区移位寄存器才是发送区，移位寄存器刚开始是没有数据的，所以在TDR的0xF1就会立刻转入移位寄存器开始发送，转入瞬间，至TXE标志位为0，表示发送寄存器空，然后移位寄存器有数据了，然后波形就自动开始生成，在移位产生0xF1的波形的同时，等待区TDR是空的，要把下一个数据写入到TDR里面等着

第2步操作是写入0xF1后软件等待TXE=1，然后写入0xF2至SPI_DR，之后的发送流程也是同理，0xF1数据波形产生完毕后，0xF2转入移位寄存器开始发送，这时TXE=1，我们尽快把下一个数据0xF3放到TDR里面等着

也就是第3步软件等待TXE=1，然后写入0xF3至DR，最后在这里，如果我们只想发送三个数据，0xF3转入数据后，TXE=1我们就不需要继续写入了，注意在最后一个TXE=1之后还需要等待一段时间，等0xF3的波形完整发送，等所有波形完整发送后，BUSY标志由硬件清除，这些就是发送的流程

SPI 是全双工，发送的同时还有接收，在第一个字节发送完成后，第一个字节的接收也完成了，接收到的数据一是0xA1，这时移位寄存器的数据整体转入RDR，转入的同时RXNE标志位也置1，表示收到数据了

也就是第一步软件等待 RXNE =1，表示收到数据了，然后从 SPI_DR，也就是 RDR 读出数据，接收之后，软件清除RXNE标志位，然后当下一个数据2收到的时候，RXNE重新置1，我们检测到RXNE=1时继续读出RDR

也就是第2步软件等待RXNE=1，然后从SPI_DR读出 0xA2，最后在最后一个时序完全产生之后，数据三才能收到

也就是第3步，软件等待RXNE=1，然后从SPI_DR读出0xA3，注意当一个字节收到后，移位寄存器的数据自动转入RDR会覆盖原有的数据，所以读取RDR要及时，这就是接收的流程

总结：

这个连续数据流对软件的配合要求较高，在每个标志位会产生后，数据都要及时处理，如果对传输效率有非常高的要求，就可以使用这个主模式全双工连续传输

非连续传输

配置还是SPI模式3， SCK默认高电平，想发数据时，如果检测到 TXE=1 时TDR为空

也就是第1步软件写入0xF1至SPI_DR，这时候TDR的值变为0xF1，TXE变为0，目前移位寄存器也是空的状态，所以这个0xF1会立即转入移位寄存器开始发送，波形产生并且TXE置回1，表示可以把下一个数据放TDR里面了，但在非连续传输这里，TXE=1，并不着急把下一个数据写进去，而是等待，等第1个字节时序结束后，也意味着接收第1个字节也完成了，这时接收的RXNE会置1，我们等待RXNE置1后，先把第1个接收到的数据读出来，之后再写入下一个字节数据

也就是第2步，软件等待TXE=1，但是较晚写入0xF2至SPI_DR，当较晚写入TDR后，数据2开始发送，也是一样，先不急着写入数据上，而是等到时序结束后，先把接收的数据2收着，然后再写入数据3，等数据三的时序结束后，再接收数据上置换回来的数据

整体步骤就是第1步等待TXE为1，第2步写入发送的数据至TDR，第3步等待RXNE为1，第4步读取RDR接收的数据，之后交换第2个字节重复这4步，这就是非连续传输的流程

但非连续传输缺点就是，没有及时把下一个数据写进TDR候着，所以等到第1个字节时序结束后，第2个字节还没送过来，那么这个数据传输将会在这边等，会产生间隙，拖慢了整体数据传输的速度，这个间隙在SCK频率低的时候影响不大，但是在SCK频率非常高的时候，这个间隙会拖后腿

硬件 SPI 读写 W25Q64

根据前面的介绍和框图和流程来实现读取 W25Q64

SPI 常用库函数

SPI_Init 初始化

参数：

SPI_Mode 选择 SPI 的模式（决定设备是主机还是从机）

SPI_Direction 配置 SPI 裁剪引脚（最常用的就是标准模式双线全双工）

SPI_DataSize 配置数据帧

SPI_FirstBit 配置高位先行/低位先行

SPI_BaudRatePrescaler 波特率预分频器（分频系数越大，SCK 的时钟频率越小传输越慢）

SPI_CPOL 配置 SPI 模式 时钟极性

SPI_CPHA 配置 SPI 模式 时钟相位

SPI_NSS NSS模式

SPI_CRCPolynomial CRC校验的多项式（默认值 7）

SPI_I2S_DeInit 恢复缺省配置

SPI_StructInit 结构体变量初始化

SPI_Cmd 外设使能

SPI_I2S_ITConfig 中断使能

SPI_I2S_DMACmd DMA使能

SPI_I2S_SendData 写 DR 数据寄存器（TDR）

SPI_I2S_ReceiveData 读 DR 数据寄存器（RDR）

SPI_I2S_GetFlagStatus 读取标志位

SPI_I2S_ClearFlag 清除标志位

SPI_I2S_GetITStatus 读取中断标志位

SPI_I2S_ClearITPendingBit 清除中断标志位

SPI 初始化

首先第一步开启时钟，开启 SPI 和 GPIO 的时钟

第二步初始化 GPIO 口 SCK MOSI 是外设控制的所以配置为复用推挽输出，MISO 是外设输入的，可以配置为上拉输人，SS 是软件控制的输出信号，所以配置为复用推挽输出

第三步 配置 SPI 外设，结构体选参数即可，调用一下 SPI_Init 配置各种参数如：8 位/16 位数据帧、高位先行/低位先行、SPI 模式

第四步开关控制，调用 SPI_Cmd 使能

void MySPI_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
	SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
	SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
	SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
	SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
	SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_128;
	SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
	SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
	SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
	SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
	SPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure);
	
	SPI_Cmd(SPI1,ENABLE);
	
	MySPI_W_SS(1);
}

非连续传输

参考这个时序来执行，产生交换字节的时序，主要就是写 DR、读 DR 和获取状态标志位

uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)		
{
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_TXE != SET));
	
	SPI_I2S_SendData(SPI1,ByteSend);
	
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_RXNE != SET));
	
	return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}

注意：这里硬件 SPI 必须是发送同时接收，要想接收必须得先发送，只有给 TDR 写东西，才会触发时序的生成，如果不发送只调用接收函数，那时序是不会动的

还有 TXE 和 RXNE 标志位是会自动清除的，TXE 在写入 SPI_DR 时被清除，读 SPI_DR 时，RXNE 标志位被清除