2. SPI 通信协议基础

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是驱动 LCD TFT 屏幕最常用的同步串行通信协议。它由 Motorola 公司提出，采用主从（Master-Slave）架构，以全双工、高速率的特点在嵌入式显示领域占据主导地位。理解 SPI 的四线工作机制和时钟配置是驱动 LCD 屏幕的基石。

2.1 SPI 四线工作原理

标准的 SPI 接口使用四条信号线完成数据交换，每条线都有明确的职责：

SPI 通信的基本流程如下：

1. 片选使能： 主机将 CS 引脚拉低，选中目标从机（LCD 控制器）。
2. 时钟产生： 主机在 SCLK 线上输出连续的时钟脉冲。
3. 数据移位： 在每个时钟周期，主机通过 MOSI 线发送 1 bit 数据，同时从机通过 MISO 线返回 1 bit 数据（全双工）。
4. 片选释放： 数据传输完成后，主机将 CS 引脚拉高，结束本次通信。

2.2 时钟极性（CPOL）与时钟相位（CPHA）

SPI 协议的灵活性体现在时钟配置上。通过组合 CPOL（Clock Polarity，时钟极性）和 CPHA（Clock Phase，时钟相位），可以定义四种不同的工作模式。主从双方必须使用相同的模式才能正常通信。

2.2.1 CPOL：时钟极性

CPOL 决定 SCLK 在空闲状态（无数据传输时）的电平：

• CPOL = 0： 空闲时 SCLK 为低电平（0）。
• CPOL = 1： 空闲时 SCLK 为高电平（1）。

2.2.2 CPHA：时钟相位

CPHA 决定数据采样发生在 SCLK 的哪个边沿：

• CPHA = 0： 在 SCLK 的第一个边沿（上升沿或下降沿）采样数据。
• CPHA = 1： 在 SCLK 的第二个边沿采样数据。

2.2.3 四种 SPI 模式对照表

2.3 实际配置示例（STM32 HAL 库）

以下代码展示如何在 STM32 平台上使用 HAL 库配置 SPI 接口为模式 0，驱动 LCD 屏幕：

// SPI 句柄定义
SPI_HandleTypeDef hspi1;

// SPI 初始化函数
void MX_SPI1_Init(void)
{
    hspi1.Instance = SPI1;
    hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;          // 主机模式
    hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES; // 全双工
    hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;     // 8 位数据
    hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;   // CPOL = 0
    hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;       // CPHA = 0
    hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;               // 软件控制 CS
    hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4; // 时钟分频
    hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;      // 高位先行
    hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
    hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
    hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;

    if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler(); // 初始化失败处理
    }
}

// 发送一字节数据（CS 由外部 GPIO 控制）
void LCD_WriteByte(uint8_t data)
{
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_CS_GPIO_Port, LCD_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET); // CS 拉低
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &data, 1, HAL_MAX_DELAY);              // 发送数据
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_CS_GPIO_Port, LCD_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);   // CS 拉高
}