在深入探討單片機（如基于STM32、AVR、PIC等）如何通過SPI（Serial Peripheral Interface）進行通信之前，我們先概述SPI通信的基本原理，隨后以STM32微控制器為例，詳細解釋如何配置SPI接口，并提供相應的代碼示例。

SPI通信基本原理

SPI是一種高速、全雙工、同步的通信總線，用于微控制器與各種外圍設備（如傳感器、存儲器、顯示器等）之間的通信。SPI由以下幾根線組成：

• SCK (Serial Clock) : 串行時鐘信號，由主設備生成，用于同步數據傳輸。
• MOSI (Master Out Slave In) : 主設備數據輸出，從設備數據輸入。
• MISO (Master In Slave Out) : 主設備數據輸入，從設備數據輸出。
• SS (Slave Select) : 從設備選擇信號，由主設備控制，用于選擇通信的從設備（有時也寫作CS，Chip Select）。

SPI可以配置為多種模式，主要通過時鐘極性和相位的不同組合來實現（CPOL和CPHA）：

• CPOL (Clock Polarity): 時鐘信號的空閑狀態（高電平或低電平）。
• CPHA (Clock Phase): 數據采樣發生在時鐘的哪個邊緣（上升沿或下降沿）。

STM32 SPI配置示例

1. 硬件連接

首先，確保你的STM32開發板上的SPI引腳已經正確連接到目標外設的SPI接口。以STM32F103為例，通常SPI1的引腳包括PA5(SCK), PA6(MISO), PA7(MOSI), 和 PA4(NSS)。

2. 軟件配置

STM32的SPI配置通常通過HAL庫或標準外設庫來實現。這里以STM32CubeMX結合HAL庫為例。

a. 使用STM32CubeMX配置SPI

1. 打開STM32CubeMX，創建一個新項目并選擇你的STM32設備。
2. 在“Pinout & Configuration”選項卡中，找到SPI接口（如SPI1），點擊配置它。
3. 設置SPI的基本參數，如SPI模式（Mode）、數據大小（Data Size）、時鐘極性（CPOL）、時鐘相位（CPHA）、波特率預分頻器（Baudrate Prescaler）等。
4. 啟用中斷（如果需要）和DMA（如果處理大量數據）。
5. 生成代碼，并選擇合適的IDE（如Keil uVision, IAR, SW4STM32等）。

b. 編寫SPI通信代碼

以下是基于HAL庫的SPI初始化代碼和簡單的讀寫函數示例。

#include "stm32f1xx_hal.h"  
  
SPI_HandleTypeDef hspi1;  
  
void MX_SPI1_Init(void)  
{  
    hspi1.Instance = SPI1;  
    hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;  
    hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;  
    hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;  
    hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;  
    hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;  
    hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;  
    hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16;  
    hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;  
    hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;  
    hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;  
    hspi1.Init.CRCPolynomial = 7;  
    HAL_SPI_Init(&hspi1);  
}  
  
void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* hspi)  
{  
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};  
    if(hspi- >Instance==SPI1)  
    {  
        __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();  
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();  
  
        /**SPI1 GPIO Configuration      
        PA5 ------ > SPI1_SCK  
        PA6 ------ > SPI1_MISO  
        PA7 ------ > SPI1_MOSI   
        */  
        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;  
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;  
        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;  
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);  
  
        // 如果需要，配置NSS引腳  
        // ...  
    }  
}  
  
// SPI 發送函數  
HAL_StatusTypeDef SPI_SendData(uint8_t *pData, uint16_t Size)  
{  
    return HAL_SPI_Transmit(&hspi1, pData, Size, HAL_MAX_DELAY);  
}  
  
// SPI 接收函數  
HAL_StatusTypeDef SPI_ReceiveData(uint8_t *pData, uint16_t Size)  
{  
    return HAL_SPI_Receive(&hspi1, pData, Size, HAL_MAX_DELAY);  
}  
  
// 可以在主函數或其他地方調用這些函數進行通信  
int main(void)  
{  
    HAL_Init();  
    MX_SPI1_Init();  
  
    uint8_t txData[] = {0x01, 0x02, 0x03};  
    uint8_t rxData[3];  
  
    // 發送數據  
    if(HAL_OK == SPI_SendData(txData, sizeof(txData)/sizeof(txData[0])))  
    {  
        // 接收數據（這里假設立即回復）  
        if(HAL_OK == SPI_ReceiveData(rxData, sizeof(rxData)/sizeof(rxData[0])))  
        {  
            // 處理接收到的數據  
        }  
    }  
  
    while (1)  
    {  
        // 循環體  
    }  
}

總結

以上代碼示例展示了如何在STM32微控制器上配置和使用SPI接口進行基本的數據發送和接收。在實際應用中，你可能需要根據具體的外設規格調整SPI的配置參數，并處理通信過程中的錯誤和中斷。此外，對于復雜的應用場景，還可能需要實現更高級的通信協議和數據處理邏輯。