STM32-SPI通信协议

目录

一：什么是通信协议？

二：电路结构

1.硬件电路

2：移位

3：时序图

4.交换字节

三：W25Q64简介

硬件电路：​编辑

存储器地址划分

Dlash操作注意事项

状态寄存器

SPI指令集

四：软件SPI读写W25Q64

1.W25Q64接线

2.整体框架

3，通信引脚配置

[4.写SPI的3个时序基本单元 （3个拼图）](#4.写SPI的3个时序基本单元 （3个拼图）)

[5. W25Q64的硬件驱动层](#5. W25Q64的硬件驱动层)

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一：什么是通信协议？

• SPI(Serial Peripheral Interface)是一种同步串行通信协议，在嵌入式中光放应用于微控制与外设间的数据传输。它具有高速、全双工特点。
• 4根通信线：SCK(Serial Clock),MOSI(Master Output Slave Input),MISO(Master Input Slave Ouput ), SS(Slave Select)
• 同步、全双工（数据发送和数据接收各占一条线）
• 支持总线挂载多设备（一主多从）

二：电路结构

• SCK(Serial Clock)：时钟信号，由主设备产生，控制数据传输节奏
• MOSI(Master Output Slave Input)：主设备输出、从设备输入数据线，在从模式下接收数据
• MISO(Master Input Slave Ouput )：主设备输入，从设备输出数据线，在主模式下接收数据
• SS(Slave Select)：从设备选择线，主设备用它选特定从设备通信

1.硬件电路

对于输出，我们用配置推挽输出，高低电平均有很强的驱动能力，这就使得SPI引脚信号的下降沿和上升沿非常迅速 。在SPI协议里有一条规定：当从机SS引脚为高电平（从机没被选中），它的MIOS引脚必须切换为高阻态（这样就防止，一条线有多个输出而导致的电平冲突问题了），SS为低电平时，MISO才允许变为推挽输出。

2：移位

3：时序图

4.交换字节

三：W25Q64简介

W25Q64系列是一种低成本、小型化、使用简单的非易失性存储器，常用于数据存储、字库存储、固定程序存储等场景。

存储介质：Onr Flash闪存

硬件电路：

存储器地址划分

• 一整个存储空间，首先划分为若干块，对于每一块又划分为若干扇区
• SPI控制逻辑：左边是通信引脚与主控芯片相连，主控芯片通过SPI协议，把指令和数据发给控制逻辑，控制逻辑就会自动操作电路来完成我i们想要的功能。
• 控制逻辑上有一个状态存储器，
• 写控制逻辑，与外部的WP引脚相连

Dlash操作注意事项

1.写入操作时：

• 写入操作前，必须先进行写使能
• 每个数据位只能由1改变位0，不能由0改为1
• 写入数据前必须先擦除，擦除后。所有数据变为1
• 擦除必须按最擦除单元进行
• 连续写入多字节时，最多写入一页的数据，超过页尾位置的数据，会回到页首覆盖写入
• 写入操作结束后，芯片进入忙状态，不响应新的读写操作

2.读取操作时：

• 直接调用读取时序、无需使能、无需额外操作、没有页的限制、读取操作结束后不会进入忙状态，但不能在忙状态时读取。

状态寄存器

• BUSY

BUSY是状态寄存器（SO）中的一个只读位，当设备执行页程序、扇区擦除、块擦除、芯片擦除或写状态寄存器指令时，它被设置为1状态。

在此期间，设备将忽略除读状态寄存器和擦除暂停指令之外的其他指令（参见交流特性中的tw， tPP, tSE， be和tCE）。当程序、擦除或写状态寄存器指令完成时，BUSY位将被清除为O状态，表明设备已准备好接受进一步的指令。

• 写使能锁存WEL （Write Enable Latch）

写使能锁存WEL （Write Enable Latch）是状态寄存器S1中的一个只读位，在执行写使能指令后被置为1。

当设备被禁止写时，WEL状态位被清除为O。写禁用状态发生在上电或以下任何指令之后：写禁用、页程序、扇区擦除、块擦除、芯片擦除和写状态寄存器。

SPI指令集

• Write Enable：写使能，指令码是06（先起始，发送字节，第一个字节是发送方向，发送0x06指令就行了）
• Read Status Register-1：读状态寄存器1（起始、交换字节发送指令码05）
• Page Program：页编程，就是写数据（起始、交换字节发送指令02继续交换发送地址23-16、15-8、7-0用来指定地址。最后写入数据D7-D0了）
• Sector Erase (4KB)：指定扇区擦除（起始、发生指令20，发送扇区）

四：软件SPI读写W25Q64

1.W25Q64接线

CS片选------PA4

DO从机输出------PA6

CLK时钟------PA5

DI从机输入------PA7

2.整体框架

• 先建一个SPI的模块，主要通信引脚封装、初始化以及SPI通信的3个拼图（起始、终止和交换一个字节）
• 基于SPI层，再建一个W25Q64的模块，在这个模块里调用SPI的拼图，来拼接各种指令和功能的完整时序（比如写使能、擦除、页编程、读数据等）------W25Q64的硬件驱动层
• 最后在主函数里，我们调用驱动层的函数来完成我们想要的功能

3，通信引脚配置

/*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
  * 返 回 值：无
  * 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时钟引脚电平
  * 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SCK的电平，范围0~1
  * 返 回 值：无
  * 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主设备输出引脚电平
  * 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入MOSI的电平，范围0~1
  * 返 回 值：无
  * 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为1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
  * 参    数：无
  * 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
}

4.写SPI的3个时序基本单元 （3个拼图）

• 起始信号（SS置低电平信号）

  /**
    * 函    数：SPI起始
    * 参    数：无
    * 返 回 值：无
    */
  void MySPI_Start(void)
  {
  	MySPI_W_SS(0);				//拉低SS，开始时序
  }

• 终止信号（SS置高电平信号）

  /**
    * 函    数：SPI终止
    * 参    数：无
    * 返 回 值：无
    */
  void MySPI_Stop(void)
  {
  	MySPI_W_SS(1);				//拉高SS，终止时序
  }

• 交换一个字节（SPI的核心）

由时序图可知：在SS下降沿之后，我们开始交换字节（先SS下降沿，再SCK上升沿，再移入数据，再SCK下降沿，再移除数据）

/**
  * 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
	{
		/*两个!可以对数据进行两次逻辑取反，作用是把非0值统一转换为1，即：!!(0) = 0，!!(非0) = 1*/
		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()){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. W25Q64的硬件驱动层

1.宏定义

#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

2.Flash操作 （根据SPI指令集来写代码）

/**
  * 函    数：W25Q64初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void W25Q64_Init(void)
{
	MySPI_Init();					//先初始化底层的SPI
}

/**
  * 函    数：W25Q64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
  * 返 回 值：无
  */
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
}

/**
  * 函    数：W25Q64写使能
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
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
}

/**
  * 函    数：W25Q64等待忙
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
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
  * 返 回 值：无
  * 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
  * 返 回 值：无
  */
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
  * 返 回 值：无
  */
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
}