STM32通过SPI软件读写W25Q64

TENET-2024-06-25 18:32

文章目录

[1. W25Q64](#1. W25Q64)

[2. 硬件电路](#2. 硬件电路)

[3. W25Q64框架图](#3. W25Q64框架图)

[4. 软件/硬件波形对比](#4. 软件/硬件波形对比)

[5. 代码实现](#5. 代码实现)

[5.1 MyI2C.c](#5.1 MyI2C.c)

[5.2 MyI2C.h](#5.2 MyI2C.h)

[5.3 W25Q64.c](#5.3 W25Q64.c)

[5.4 W25Q64.h](#5.4 W25Q64.h)

[5.5 W25Q64_Ins.h](#5.5 W25Q64_Ins.h)

[5.6 main.c](#5.6 main.c)

1. W25Q64

对于SPI通信和W25Q64的详细解析可以看下面这篇文章

STM32单片机SPI通信详解-CSDN博客

对于STM32通过SPI硬件读写W25Q64的代码，可以看下面这篇文章

STM32通过SPI硬件读写W25Q64-CSDN博客

W25Qxx系列是一种低成本、小型化、使用简单的非易失性存储器，常应用于数据存储、字库存储、固件程序存储等场景

存储介质：Nor Flash（闪存）

时钟频率：80MHz / 160MHz (Dual SPI) / 320MHz (Quad SPI)

存储容量（24位地址）：

W25Q40： 4Mbit / 512KByte

W25Q80： 8Mbit / 1MByte

W25Q16： 16Mbit / 2MByte

W25Q32： 32Mbit / 4MByte

W25Q64： 64Mbit / 8MByte

W25Q128： 128Mbit / 16MByte

W25Q256： 256Mbit / 32MByte

地址设计

  • 地址位数：指用于寻址的二进制位数。在计算机系统中，每个内存单元都有一个唯一的地址，通过地址可以访问和引用内存中的数据或指令。
  • 地址总线：用于地址传输的总线。W25Q64 的 24 位地址总线意味着它可以访问 2^24 个地址，即 16,777,216 个字节（16MB）的空间。
  • 地址位数与存储容量：地址位数越多，能寻址的存储空间越大。例如，8 位地址可以寻址 256 个字节，16 位地址可以寻址 65,536 个字节（64KB）。

W25Q64 的存储空间

  • 存储容量：W25Q64 具体的存储容量为 64Mbit，即 8MB，但其地址总线的设计可以支持更大的寻址空间。
  • 数据组织：存储器通常按字节组织，每个字节有唯一的地址。W25Q64 可以通过 24 位地址总线访问每个字节，这使得数据读写操作更加灵活和高效。

2. 硬件电路

|----------|---------------|
| 引脚 | 功能 |
| VCC、GND | 电源（2.7~3.6V） |
| CS（SS） | SPI片选 |
| CLK（SCK） | SPI时钟 |
| DI（MOSI） | SPI主机输出从机输入 |
| DO（MISO） | SPI主机输入从机输出 |
| WP | 写保护 |
| HOLD | 数据保持 |


WP(Write Protect)：写保护

WP 引脚用于实现硬件写保护功能。WP 引脚为低电平时，写保护有效，无法进行写操作；WP 引脚为高电平时，可以进行写操作。

HOLD：数据保持

HOLD 引脚为低电平时，芯片进入保持状态。当在进行正常的读写操作时，如果需要中断 SPI 通信以操作其他设备，可以将 HOLD 引脚置为低电平。此时，芯片会保持当前状态但释放总线控制权。这样可以在不中断当前操作的前提下，使用 SPI 总线与其他设备通信。操作完毕后，将 HOLD 引脚置为高电平，芯片将恢复并继续之前的操作。这个功能允许在不终止总线操作的情况下，实现 SPI 总线的中断处理。

3. W25Q64框架图

状态寄存器的 BUSY 和 WEL（Write Enable Latch）

BUSY：忙碌位

  • 功能：当设备正在执行写操作，例如页编程、扇区擦除、块擦除或整片擦除时，BUSY 位会被置为 1。这表示设备正在忙碌，不能接受新的写操作命令。此期间，任何尝试进一步指令的操作都会被忽略。
  • 状态变化：在写状态寄存器指令结束后，BUSY 位清零，表示设备已经准备好接受新指令。

WEL：写使能锁存位

  • 功能：在执行写使能指令后，WEL 位会被置为 1，表示芯片可以进行写入操作。当设备处于写失能状态时，WEL 位清零，表示不能进行写入操作。

什么情况下处于写失能状态

上电初始化

  • 默认状态：当芯片上电后，默认处于写失能状态，WEL 位为 0。

执行写入操作后

  • 写入指令结束：包括写使能指令、页编程、扇区擦除、块擦除等操作，在这些操作完成后，WEL 位会自动清零。这意味着每次执行写入操作后，设备自动进入写失能状态，不需要手动进行写失能操作。

操作顺序

  • 写使能：在进行任何写入操作前，必须先执行写使能指令，将 WEL 位置为 1。
  • 写入指令：执行写入指令后，WEL 位会被清零，确保安全性和数据完整性。每次写使能只对随后的单次写操作有效，保证每次写入前都需要显式地使能写入操作。

4. 软件/硬件波形对比

硬件数据波形变化紧贴SCK边沿 软件数据变化在边沿后有些延迟。

I2C:SCL低电平期间数据变化，高电平期间数据采样 SPI:SCK下降沿数据移出，上升沿数据移入。 两者最终波形的表现形式都是一样的，无论是下降沿变化还是低电平期间变化，它们都 是一个意思，都可以作为数据变化的时刻。

5. 代码实现

软件SPI读写W25Q64

对主机而言：时钟、主机输出、片选都是输出引脚为推挽输出，主机输入是输入引脚为浮空或者上拉

硬件与软件的区别

  • 硬件操作：SS（Slave Select）下降沿和数据移出是同时发生的，包括后续的SCK（Serial Clock）下降沿和数据移出也是同步进行的。
  • 软件操作：先发生SS下降沿或SCK下降沿，触发数据移出，然后在SCK上升沿移入数据。

数据交换过程

  1. SS下降沿：在SS下降沿之后，主机和从机同时开始移出数据。

    • 主机：移出最高位数据到MOSI（Master Out Slave In）。
    • 从机：移出最高位数据到MISO（Master In Slave Out），MISO的数据变化由从机控制，主机不需要干预。

  2. 掩码使用：通过掩码逐位提取数据进行操作，不会改变原始数据，数据可以重复使用。

    • 第一步：写MOSI，发送ByteSend的最高位。
    • 第二步：SCK上升沿触发移入数据。从机会在SCK上升沿自动读取MOSI的数据，主机则读取MISO的数据，接收从机的最高位。
    • 第三步：SCK下降沿触发移出下一位数据。在SCK下降沿之后，主机移出B6位数据，然后进入循环，SCK上升沿触发主机接收从机次高位，再SCK下降沿移出下一位，循环进行直到完成字节交换。

程序步骤

  1. 写MOSI：发送ByteSend的最高位数据。
  2. SCK上升沿：主机和从机同时移入数据，主机读取MISO的数据。此时，从机会自动读取MOSI的数据。
  3. SCK下降沿：触发主机和从机移出下一位数据。

在循环过程中：

  • SCK上升沿：主机读取从机次高位数据。
  • SCK下降沿：移出下一位数据。

在函数结束时，将SCK置为0，表示时序结束。

具体步骤和时序图解释

  1. SS下降沿：主从机同时开始数据交换。
  2. 第一步：主机通过MOSI发送最高位数据。
  3. 第二步：SCK上升沿触发主从机同时读取数据，主机读取MISO上的数据。
  4. 第三步：SCK下降沿触发主从机移出下一位数据。

此过程循环，直到所有位的数据交换完成。函数结束时，将SCK置为0，表示一个字节的数据交换完成。

5.1 MyI2C.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/*引脚配置层*/

/**
  * 函    数：SPI写SS引脚电平
  * 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SS的电平，范围0~1
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SS为低电平，当BitValue为1时，需要置SS为高电平
  */
void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);		//根据BitValue，设置SS引脚的电平
}

/**
  * 函    数：SPI写SCK引脚电平
  * 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SCK的电平，范围0~1
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SCK为低电平，当BitValue为1时，需要置SCK为高电平
  */
void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue);		//根据BitValue，设置SCK引脚的电平
}

/**
  * 函    数：SPI写MOSI引脚电平
  * 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入MOSI的电平，范围0~0xFF
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置MOSI为低电平，当BitValue非0时，需要置MOSI为高电平
  */
void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue);		//根据BitValue，设置MOSI引脚的电平，BitValue要实现非0即1的特性
}

/**
  * 函    数：I2C读MISO引脚电平
  * 返 回 值：协议层需要得到的当前MISO的电平，范围0~1
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，当前MISO为低电平时，返回0，当前MISO为高电平时，返回1
  */
uint8_t MySPI_R_MISO(void)
{
	return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6);			//读取MISO电平并返回
}

/**
  * 函    数：SPI初始化
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，实现SS、SCK、MOSI和MISO引脚的初始化
  */
void MySPI_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA4、PA5和PA7引脚初始化为推挽输出
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA6引脚初始化为上拉输入
	
	/*设置默认电平*/
	MySPI_W_SS(1);											//SS默认高电平
	MySPI_W_SCK(0);											//SCK默认低电平
}

/*协议层*/

//SPI起始
void MySPI_Start(void)
{
	MySPI_W_SS(0);				//拉低SS，开始时序
}

//SPI终止
void MySPI_Stop(void)
{
	MySPI_W_SS(1);				//拉高SS，终止时序
}

/**
  * 函    数：SPI交换传输一个字节，使用SPI模式0
  * 参    数：ByteSend 要发送的一个字节
  * 返 回 值：接收的一个字节
  */
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{
	uint8_t i, ByteReceive = 0x00;					//定义接收的数据，并赋初值0x00，此处必须赋初值0x00，后面会用到
	
	for (i = 0; i < 8; i ++)						//循环8次，依次交换每一位数据
	{
		MySPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80 >> i));		//使用掩码的方式取出ByteSend的指定一位数据并写入到MOSI线
		MySPI_W_SCK(1);								//拉高SCK，上升沿移出数据
		if (MySPI_R_MISO() == 1){ByteReceive |= (0x80 >> i);}	//读取MISO数据，并存储到Byte变量
																//当MISO为1时，置变量指定位为1，当MISO为0时，不做处理，指定位为默认的初值0
		MySPI_W_SCK(0);								//拉低SCK，下降沿移入数据
	}
	
	return ByteReceive;								//返回接收到的一个字节数据
}

5.2 MyI2C.h

#ifndef __MYSPI_H
#define __MYSPI_H

void MySPI_Init(void);
void MySPI_Start(void);
void MySPI_Stop(void);
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend);

#endif

5.3 W25Q64.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MySPI.h"
#include "W25Q64_Ins.h"

//W25Q64初始化
void W25Q64_Init(void)
{
	MySPI_Init();					//先初始化底层的SPI
}

/**
  * 函    数：MPU6050读取ID号
  * 参    数：MID 工厂ID，使用输出参数的形式返回
  * 参    数：DID 设备ID，使用输出参数的形式返回
  */
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID)
{
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_JEDEC_ID);			//交换发送读取ID的指令
	*MID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);	//交换接收MID，通过输出参数返回
	*DID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);	//交换接收DID高8位
	*DID <<= 8;									//高8位移到高位
	*DID |= MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);	//或上交换接收DID的低8位，通过输出参数返回
	MySPI_Stop();								//SPI终止
}

//W25Q64写使能
void W25Q64_WriteEnable(void)
{
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE);		//交换发送写使能的指令
	MySPI_Stop();								//SPI终止
}

//W25Q64等待忙
void W25Q64_WaitBusy(void)
{
	uint32_t Timeout;
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1);				//交换发送读状态寄存器1的指令
	Timeout = 100000;							//给定超时计数时间
	while ((MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE) & 0x01) == 0x01)	//循环等待忙标志位
	{
		Timeout --;								//等待时，计数值自减
		if (Timeout == 0)						//自减到0后，等待超时
		{
			/*超时的错误处理代码，可以添加到此处*/
			break;								//跳出等待，不等了
		}
	}
	MySPI_Stop();								//SPI终止
}

/**
  * 函    数：W25Q64页编程
  * 参    数：Address 页编程的起始地址，范围：0x000000~0x7FFFFF
  * 参    数：DataArray	用于写入数据的数组
  * 参    数：Count 要写入数据的数量，范围：0~256
  * 注意事项：写入的地址范围不能跨页
  */
void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Count)
{
	uint16_t i;
	
	W25Q64_WriteEnable();						//写使能
	
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM);		//交换发送页编程的指令
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);				//交换发送地址23~16位
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);				//交换发送地址15~8位
	MySPI_SwapByte(Address);					//交换发送地址7~0位
	for (i = 0; i < Count; i ++)				//循环Count次
	{
		MySPI_SwapByte(DataArray[i]);			//依次在起始地址后写入数据
	}
	MySPI_Stop();								//SPI终止
	
	W25Q64_WaitBusy();							//等待忙
}

/**
  * 函    数：W25Q64扇区擦除（4KB）
  * 参    数：Address 指定扇区的地址，范围：0x000000~0x7FFFFF
  */
void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address)
{
	W25Q64_WriteEnable();						//写使能
	
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB);	//交换发送扇区擦除的指令
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);				//交换发送地址23~16位
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);				//交换发送地址15~8位
	MySPI_SwapByte(Address);					//交换发送地址7~0位
	MySPI_Stop();								//SPI终止
	
	W25Q64_WaitBusy();							//等待忙
}

/**
  * 函    数：W25Q64读取数据
  * 参    数：Address 读取数据的起始地址，范围：0x000000~0x7FFFFF
  * 参    数：DataArray 用于接收读取数据的数组，通过输出参数返回
  * 参    数：Count 要读取数据的数量，范围：0~0x800000
  */
void W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count)
{
	uint32_t i;
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_DATA);			//交换发送读取数据的指令
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);				//交换发送地址23~16位
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);				//交换发送地址15~8位
	MySPI_SwapByte(Address);					//交换发送地址7~0位
	for (i = 0; i < Count; i ++)				//循环Count次
	{
		DataArray[i] = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);	//依次在起始地址后读取数据
	}
	MySPI_Stop();								//SPI终止
}

5.4 W25Q64.h

#ifndef __W25Q64_H
#define __W25Q64_H

void W25Q64_Init(void);
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID);
void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Count);
void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address);
void W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count);

#endif

5.5 W25Q64_Ins.h

#ifndef __W25Q64_INS_H
#define __W25Q64_INS_H

#define W25Q64_WRITE_ENABLE							0x06
#define W25Q64_WRITE_DISABLE						0x04
#define W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1				0x05
#define W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_2				0x35
#define W25Q64_WRITE_STATUS_REGISTER				0x01
#define W25Q64_PAGE_PROGRAM							0x02
#define W25Q64_QUAD_PAGE_PROGRAM					0x32
#define W25Q64_BLOCK_ERASE_64KB						0xD8
#define W25Q64_BLOCK_ERASE_32KB						0x52
#define W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB						0x20
#define W25Q64_CHIP_ERASE							0xC7
#define W25Q64_ERASE_SUSPEND						0x75
#define W25Q64_ERASE_RESUME							0x7A
#define W25Q64_POWER_DOWN							0xB9
#define W25Q64_HIGH_PERFORMANCE_MODE				0xA3
#define W25Q64_CONTINUOUS_READ_MODE_RESET			0xFF
#define W25Q64_RELEASE_POWER_DOWN_HPM_DEVICE_ID		0xAB
#define W25Q64_MANUFACTURER_DEVICE_ID				0x90
#define W25Q64_READ_UNIQUE_ID						0x4B
#define W25Q64_JEDEC_ID								0x9F
#define W25Q64_READ_DATA							0x03
#define W25Q64_FAST_READ							0x0B
#define W25Q64_FAST_READ_DUAL_OUTPUT				0x3B
#define W25Q64_FAST_READ_DUAL_IO					0xBB
#define W25Q64_FAST_READ_QUAD_OUTPUT				0x6B
#define W25Q64_FAST_READ_QUAD_IO					0xEB
#define W25Q64_OCTAL_WORD_READ_QUAD_IO				0xE3

#define W25Q64_DUMMY_BYTE							0xFF

#endif

5.6 main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "W25Q64.h"

uint8_t MID;							//定义用于存放MID号的变量
uint16_t DID;							//定义用于存放DID号的变量

uint8_t ArrayWrite[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04};	//定义要写入数据的测试数组
uint8_t ArrayRead[4];								//定义要读取数据的测试数组

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();						//OLED初始化
	W25Q64_Init();						//W25Q64初始化
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "MID:   DID:");
	OLED_ShowString(2, 1, "W:");
	OLED_ShowString(3, 1, "R:");
	
	/*显示ID号*/
	W25Q64_ReadID(&MID, &DID);			//获取W25Q64的ID号
	OLED_ShowHexNum(1, 5, MID, 2);		//显示MID
	OLED_ShowHexNum(1, 12, DID, 4);		//显示DID
	
	/*W25Q64功能函数测试*/
	W25Q64_SectorErase(0x000000);					//扇区擦除
	W25Q64_PageProgram(0x000000, ArrayWrite, 4);	//将写入数据的测试数组写入到W25Q64中
	
	W25Q64_ReadData(0x000000, ArrayRead, 4);		//读取刚写入的测试数据到读取数据的测试数组中
	
	/*显示数据*/
	OLED_ShowHexNum(2, 3, ArrayWrite[0], 2);		//显示写入数据的测试数组
	OLED_ShowHexNum(2, 6, ArrayWrite[1], 2);
	OLED_ShowHexNum(2, 9, ArrayWrite[2], 2);
	OLED_ShowHexNum(2, 12, ArrayWrite[3], 2);
	
	OLED_ShowHexNum(3, 3, ArrayRead[0], 2);			//显示读取数据的测试数组
	OLED_ShowHexNum(3, 6, ArrayRead[1], 2);
	OLED_ShowHexNum(3, 9, ArrayRead[2], 2);
	OLED_ShowHexNum(3, 12, ArrayRead[3], 2);
	
	while (1)
	{
		
	}
}
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