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SPI的通信和IIC通信接口相似，都会两个模块间进行数据通信的一种方法。相比于IIC通信，SPI的通信原理很简单，一般主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，通常采用的是4根线，它们是MISO（数据输入，针对主机来说）、MOSI（数据输出，针对主机来说）、SCLK（时钟，主机产生）、CS/SS（片选，一般由主机发送或者直接使能，通常为低电平有效），典型的硬件连接如下：
在SPI通信中，时钟作为一项重要的参数，必须保证主设备和从设备必须在相同的时序下工作，因为SCK的时钟频率决定了整个SPI总线的传输速度，所以只有主从双方步调一致才能进行数据的稳定传输。在用MCU作为主设备时,一般可通过对SPI控制寄存器编程.来选择不同的时钟频率，如果采用单片机IO口模拟SPI时序，那么就需要严格按照从机的数据传输格式进行模拟。
CS/SS是片选信号，若为低电平有效，只有控制该管脚为低电平从机才能实现使能，利用单片机的IO口可控制总线上连接的多个SPI设备。
在SPI数据传输中，数据在时钟sclk的作用下按照bit进行传输的。这就是SCLK时钟线存在的原因，因此，完成一个字节（8bit）的数据传输，至少8次 时钟信号的改变（上沿和下沿为一次，依据不同的从机传送协议），就可以完成8位数据的传输。
在SPI操作中，最重要的两项设置就是时钟极性（CPOL或UCCKPL）和时钟相位（CPHA或UCCKPH）。为了保证主从机正确通信，应使得它们的SPI具有相同的时钟极性和时钟相位。
时钟极性（CPOL）定义了时钟空闲状态的电平，对数据传输的没有太大的影响。
时钟相位（CPHA）定义了数据的传送时间和传送格式。在程序编写时需要注意相位和数据的关系。下图形象的说明了时钟极性和数据传输的关系。
下面以STM32单片机为主机，SPI存储器作为从机进行程序的解释：
首先创建GPIO结构体：
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
因为SPI有MOSI MISO之分，所需的函数设置如下：
void MOSI_H(void)
{
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;//MOSI 设置1
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_12);
}
void MOSI_L(void)
{
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;//MOSI 设置0
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_12);
}
void SCLK_H(void)
{
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;//scl 设置1
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_13);
}
void SCLK_L(void)
{
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;//MOSI 设置 0
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_13);
}
针对SPI的初始化操作，具体如下：
void SPI_Init_IO(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;//CS
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_13); //高电平，未片选
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //MISO
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//MOSI
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_12);
}
正如上面描述的，SPI是以字节的格式进行数据传输，因此需要8次循环完成8bit的数据传输。
void SpiFlash_WriteOneByte(u8 byte)
{
uint8_t BitCount = 0;
SCLK_L(); //clk低电平 存入数据，上升沿读入数据
for(BitCount = 0;BitCount < 8; BitCount++)
{
SCLK_L(); //clk低电平 存入数据，上升沿写入数据
if(byte & 0x80)
{
MOSI_H(); //MOSI为1,输写入1
}
else
{
MOSI_L();
}
byte <<= 1;
SCLK_H(); //时钟高电平，写入数据
}
SCLK_L();
MOSI_H(); //写入完成,MOSI保持高电平
}
读操作也与写操作相似，但是需要将读取到的数据返回，因此需要return1字节的数据。
u8 SpiFlash_ReadOneByte(void)
{
uint8_t BitCount = 0;
uint8_t retValue = 0;
SCLK_H(); //clk高电平 存入数据，下降读出数据
for(BitCount = 0;BitCount < 8; BitCount++)
{
retValue <<= 1;
SCLK_H(); //clk高电平
if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE, GPIO_Pin_10))
{
retValue |= 0x01;
}
else
{
retValue &= 0xFE;
}
SCLK_L(); //clk高电平// cs = 0 选中芯片
}
SCLK_H();
return (retValue);
}
上面的子函数为SPI所需的关键部分，将这些函数嵌入到主函数相关地方可实现SPI数据的读写操作。
正如我们所了解的，SPI具有接口简单，硬件容易实现；时钟速度快，没有系统开销；
相对抗干扰能力强；支持全双工操作等优点。但是，缺乏流控制机制，传输双方消息不确认，需要在软件上进行数据处理；没有多主机模式，如果需要设置为多主机，需要在软件或者外部逻辑上进行设计；需要占用主机较多的口线（每个从机都需要一根片选线）这些方面也需要注意。
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