📚 课程目录第3章 SPI数据帧格式

3、SPI数据帧格式：MSB/LSB先行、数据位宽与连续传输

SPI通信，说白了就是主从设备之间互相倒腾数据。但怎么倒腾、先倒腾哪一位、一次倒腾多少位，这些细节决定了你的驱动能不能正常工作。我见过不少工程师，时序调了半天，最后发现是数据帧格式配错了——这种坑，踩一次就记住了。

3.1 MSB先行 vs LSB先行：谁先谁后？

SPI协议本身没规定数据必须从哪一位开始传。但大多数设备默认MSB先行（Most Significant Bit First），也就是先传最高位。比如你要传0x53（二进制0101 0011），MSB模式下先传bit7（0），再传bit6（1），以此类推。

LSB先行则反过来，先传bit0（1），再传bit1（1）……最后传bit7（0）。

  关键点：主设备和从设备的位序必须一致。不一致的话，你发0x53，对方收到0xCA——完全反了。

我在项目中遇到过一款温湿度传感器，数据手册里写着“Data is transmitted MSB first”，结果我按LSB配了，读回来的温度值一直在乱跳。排查了两天才发现是位序问题。嗯，从那以后我拿到新芯片第一件事就是确认位序配置。

MCU中的配置方式

以STM32为例，SPI_CR1寄存器里的LSBFIRST位控制这个：

// MSB先行（默认）
SPI1->CR1 &= ~SPI_CR1_LSBFIRST;

// LSB先行
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_LSBFIRST;

其他MCU也大同小异，无非是寄存器名不同。配置前一定去翻数据手册的SPI章节，别凭经验猜。

位序模式	发送0x53（0101 0011）	典型应用
MSB先行	0 → 1 → 0 → 1 → 0 → 0 → 1 → 1	大多数SPI设备、Flash、ADC
LSB先行	1 → 1 → 0 → 0 → 1 → 0 → 1 → 0	部分LCD驱动、某些传感器

3.2 数据位宽：8位、16位还是32位？

SPI帧的数据位宽决定了每次传输交换多少位数据。常见的有8位、16位，部分MCU支持32位甚至可编程位宽。

你想想看，如果从设备寄存器是16位的，你用8位帧去读，就得读两次再拼起来。麻烦不说，还容易出错。

我的习惯：优先匹配从设备的寄存器位宽。如果从设备寄存器是8位的，就用8位帧；是16位的，就用16位帧。实在不行再用8位帧软件拼。

配置示例（STM32）

// 8位数据帧
SPI1->CR1 &= ~SPI_CR1_DFF;   // DFF=0

// 16位数据帧
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_DFF;    // DFF=1

对于支持32位的MCU（比如NXP的LPC系列），配置方式类似，但寄存器名可能叫DSS（Data Size Select）。

注意：切换位宽时，一定要确保SPI处于禁用状态（SPE=0）。我曾经在SPI使能状态下改DFF位，结果下一帧数据直接错位，调试器都抓不到正确波形。

3.3 连续传输与片选控制

连续传输，也叫多字节传输，指的是在片选信号持续有效的情况下，连续发送多个数据帧。这在访问Flash、SD卡等需要批量读写的场景下特别常见。

片选信号（CS/SS）的作用是告诉从设备：“我要跟你说话了”。正常情况下，每次传输开始前拉低CS，传输结束后拉高CS。

但在连续传输模式下，CS在整个传输过程中保持低电平，直到所有数据传完才释放。

为什么需要连续传输？

效率高：省去了每次传输都重新拉低CS的开销
原子操作：某些命令（如Flash的Page Program）要求CS在整个命令+地址+数据期间不能拉高
时序要求：部分从设备在CS拉高后会立即复位内部状态机

MCU中的实现方式

大多数MCU的SPI外设支持连续传输。以STM32为例，只要在TXE（发送缓冲区空）标志置位时及时写入新数据，SPI就会自动连续发送，CS由硬件自动控制（如果开启了硬件CS管理）。

// 连续发送3个字节
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_SPE;    // 使能SPI

// 发送第一个字节
while(!(SPI1->SR & SPI_SR_TXE));
SPI1->DR = 0x01;

// 发送第二个字节（CS保持低）
while(!(SPI1->SR & SPI_SR_TXE));
SPI1->DR = 0x02;

// 发送第三个字节
while(!(SPI1->SR & SPI_SR_TXE));
SPI1->DR = 0x03;

// 等待传输完成
while(SPI1->SR & SPI_SR_BSY);

// 此时硬件自动拉高CS（如果配置了硬件CS）

  避坑指南：我曾经用软件控制CS做连续传输，结果在两次写入之间CS被意外拉高了——因为中断服务程序插进来改了GPIO状态。从那以后，我改用硬件CS控制，省心多了。

3.4 知识结构图

下面这张图把SPI数据帧格式的核心要素串起来了，方便你对照理解：

3.5 常见配置组合速查表

实际项目中，不同外设对数据帧格式的要求差异很大。我整理了一张速查表，方便你快速对照：

外设类型	位序	位宽	传输模式	CS控制
W25Qxx Flash	MSB	8位	连续	硬件CS
ADXL345 加速度计	MSB	8位	单次/连续	软件CS
MAX7219 LED驱动	MSB	16位	单次	软件CS
SD卡（SPI模式）	MSB	8位	连续	硬件CS
某些LCD驱动	LSB	8位/16位	单次	软件CS

个人建议：写驱动前，先把数据手册里关于数据帧格式的章节截图存下来。调试时对照着看，能省不少时间。

好了，SPI数据帧格式的核心内容就这些。记住三个关键点：位序要匹配、位宽要对齐、CS控制要符合从设备要求。这三样配对了，SPI通信就成功了一大半。