SPI
1. SPI 的核心特点：高速、全双工
SPI 最大的特点就两个字：快。
- I2C：通常 400kHz（最快几 MHz）。
- SPI：轻松达到 10MHz - 50MHz 甚至更高（比如用来驱动 TFT 屏幕、读写 SD 卡、Flash 芯片）。
它之所以快，是因为它不搞那些“握手、应答、寻址”的复杂动作，直接由**主机（Master）**强行驱动时钟，推着数据走。
2. 四根线的作用
标准 SPI 通常需要 4 根线（I2C 只要 2 根）：
- SCK (Serial Clock)：时钟线。
- 由主机产生。主机敲一下鼓，大家就传一位数据。
- MOSI (Master Output Slave Input)：
- 主机发，从机收的数据线。
- MISO (Master Input Slave Out)：
- 从机发，主机收的数据线。
- CS / SS (Chip Select / Slave Select)：片选线。
- 这是 SPI 的灵魂。 I2C 靠地址选人，SPI 靠这根线选人。
- 平时是高电平。主机把谁的 CS 拉低，谁就开始干活。其他没被拉低的设备就装聋作哑（高阻态）。
3. 最核心的机制：交换（Shift Register）
这是理解 SPI 最最关键的一点，请务必记住：
SPI 的本质不是“发送”和“接收”，而是“交换”。
想象一下，主机和从机内部各有一个 8 位的 圆盘（移位寄存器），这两个圆盘通过 MOSI 和 MISO 连成了一个 闭环传送带。
当主机产生 8 个时钟脉冲时，发生的是**“乾坤大挪移”**：
- 主机的最高位（Bit 7）被推出去，顺着 MOSI 跑到了从机的最低位。
- 同时，从机的最高位（Bit 7）被推出去，顺着 MISO 跑到了主机的最低位。
后果：
当 8 个时钟结束后，主机里的数据跑到了从机里，从机里的数据跑到了主机里。它们互换了手中的牌。
代码启示：
这就是为什么在 STM32 的 HAL 库或者底层代码中，SPI 的读写通常合并成一个函数：
received_data = SPI_Transfer(send_data);
你想读数据？ 你必须先扔出去一个垃圾数据（Dummy Byte，通常是 0xFF 或 0x00），把对方的数据“挤”进来。
4. 只有 SPI 有的麻烦事：4 种模式 (CPOL & CPHA)
I2C 和 UART 的时序基本是固定的，但 SPI 比较随性。它有两个配置项，组合起来就有 4 种模式。如果你连不上设备，90% 是模式选错了。
A. CPOL (Clock Polarity) - 时钟极性
- CPOL = 0：空闲时 SCK 是 低电平。
- CPOL = 1：空闲时 SCK 是 高电平。
B. CPHA (Clock Phase) - 时钟相位
- CPHA = 0：在 第 1 个 跳变沿（上升或下降）采样数据。
- 比喻：鼓槌举起来还没敲下去的时候，就要拍照。
- CPHA = 1：在 第 2 个 跳变沿采样数据。
- 比喻：鼓槌敲下去的一瞬间拍照。
怎么选？
不用背！直接看从机（传感器/屏幕）的数据手册（Datasheet）里的时序图。
- 如果图上 CS/SS 拉低时 SCK 是低的，那就是 CPOL=0。
- 如果数据是在 SCK 的边缘中间变化的，那就是 CPHA=1；如果数据在 SCK 变化前就准备好了，那就是 CPHA=0。
- (最常用的通常是 模式0 或 模式3)
5. 三大协议终极对比
| 特性 | UART (串口) | I2C | SPI |
|---|---|---|---|
| 线数 | 2 (TX, RX) | 2 (SCL, SDA) | 4 (SCK, MOSI, MISO, CS) |
| 速度 | 慢 (115200 bps) | 中 (400 kHz) | 极快(几十 MHz) |
| 通信方式 | 异步 (靠波特率) | 同步 (半双工) | 同步 (全双工) |
| 多设备 | 点对点 (通常) | 靠地址区分 | 靠CS引脚区分 |
| 流控 | 无 (容易丢包) | 有 (ACK应答) | 无 (发了就不管，不论死活) |
| 应用场景 | 打印调试、GPS | 传感器、EEPROM | 屏幕(LCD)、SD卡、Flash |
6. 总结
SPI 就是一个**“暴力传输”**协议：
- 拉低 CS：指定你要和谁说话。
- 开始时钟：主机疯狂打拍子。
- 数据交换：主机的数据冲向从机，从机的数据冲向主机（不想发也要发个 0x00 或 0xFF 去把数据换回来）。
- 拉高 CS：结束。