本教程详细介绍在单片机上使用通用I/O端口模拟SPI通信的方法，并涵盖SPI接口的所有四种工作模式。
### 单片机IO口模拟SPI（四种模式）
在单片机开发过程中，有时需要使用IO口来模拟SPI接口进行通信，特别是在硬件资源有限的情况下。SPI是一种高速的、全双工同步串行通信接口，常用于微控制器与外围设备之间的数据传输。
本段落将详细介绍如何通过控制单片机的I/O端口来实现SPI的功能，并介绍四种不同的工作模式。
#### 1. SPI基础知识
SPI主要由四个信号线组成：
- SCK（Serial Clock）：时钟信号，由主设备生成。
- MOSI（Master Out Slave In）：主设备输出的数据线路，从设备通过此线路接收数据。
- MISO（Master In Slave Out）：主设备输入的数据线路，从设备使用这条线路发送数据给主机。
- SS（Slave Select）：选择信号线。由主控器控制，低电平有效。
#### 2. SPI模式分析
根据时钟极性(CPOL)和相位(CPHA)，SPI有四种工作模式：
- **模式0 (CPOL == 0 && CPHA == 0)**：空闲状态下SCK为低电平，在第一个上升沿采样数据。
- **模式1 (CPOL == 0 && CPHA == 1)**：同样在低电平时，但数据是在第二个边沿（下降）时被采样的。
- **模式2 (CPOL == 1 && CPHA == 0)**：空闲状态下SCK为高电平，在第一个上升沿采样数据。
- **模式3 (CPOL == 1 && CPHA == 1)**：同样在高电平时，但数据是在第二个边沿（下降）时被采样的。
#### 3. 模拟SPI实现
本示例中使用IO口来模拟SPI通信功能。通过适当的配置和初始化步骤，可以控制端口的方向以及输出状态。
```c
#define _CPOL 1 // 定义是否在空闲状态下为高电平
#define _CPHA 0 // 定义采样时钟相位
// 配置和初始化SPI引脚方向与初始值
void SPI_Init(void) {
SCK_IO; MOSI_IO;
MISO_IO; SSEL_IO;
// 初始化从设备选择信号为高电平，数据线路输出1
SSEL_D(1);
MOSI_D(1);
#if _CPOL == 0
SCK_D(0); // 如果时钟极性是低，则初始化SCK也为低
#else
SCK_D(1); // 否则为高电平
#endif
}
```
#### 4. 数据发送与接收
接下来，根据不同的SPI模式实现数据的发送和接收。
**模式0（CPOL == 0 && CPHA == 0）**
```c
void SPI_Send_Data(unsigned char data) {
unsigned char i;
for (i = 0; i < 8; ++i) {
SCK_D(0); // 设置SCK为低电平
if ((data & 0x80)) MOSI_D(1);
else MOSI_D(0);
data <<= 1;
SCK_D(1); // 发送时钟上升沿，采样MOSI数据
}
}
unsigned char SPI_Receive_Data(void) {
unsigned char i, data = 0x00;
for (i = 0; i < 8; ++i) {
SCK_D(0);
data <<= 1;
if (MISO_I()) data |= 0x01;
else data &= ~data;
SCK_D(1); // 发送时钟上升沿，采样MISO数据
}
return data;
}
```
**模式1（CPOL == 0 && CPHA == 1）**
```c
void SPI_Send_Data(unsigned char data) {
unsigned char i;
SCK_D(0); // 初始化SCK为低电平
for (i = 0; i < 8; ++i) {
SCK_D(1);
if ((data & 0x80)) MOSI_D(1);
else MOSI_D(0);
data <<= 1;
SCK_D(0); // 发送时钟下降沿，采样MOSI数据
}
}
unsigned char SPI_Receive_Data(void) {
unsigned char i, data = 0x00;
for (i = 0; i < 8; ++i) {
SCK_D(1);
data <<= 1;
if (MISO_I()) data |= 0x0
5星
