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[STM32]Day11-软件实现SPI读写W25Q64

news 2026/6/11 20:22:16

I2C通信优点：节省硬件资源。

I2C通信缺点：弱上拉导致上升沿慢，限制通信最大频率。I2C通信最大频率一般认为400kHz。

SPI通信

**SPI（Serial Peripheral Interface）**是由Motorola公司开发的一种通用数据总线。

四根通信线：SCK（Serial Clock）、MOSI（Master Output Slave Input）、MISO（Master Input Slave Output）、SS（Slave Select）

同步、全双工。

支持总线挂载多设备（一主多从）。

SPI通信优点：传输频率高，速度快。设计简单。

SPI通信缺点：硬件开销大。

SPI硬件电路

所有SPI设备的SCK、MOSI、MISO分别连在一起。

主机另外引出多条SS控制线，分别接到各从机的SS引脚。同一时刻，主机只能与一个从机进行通信。

输出引脚配置为推挽输出，输入引脚配置为浮空或上拉输入。推挽输出高低电平都有很强的驱动能力，避免了I2C中上升沿缓慢的问题。当从机SS为高电平，即从机未被选中时，其MISO引脚必须切换为高阻态，从而防止一条线上由多个输出导致的电平冲突问题。

移位示意图

SPI高位先行，因此主机和从机的移位寄存器每个时钟都进行左移操作。移位寄存器的时钟源由主机中的波特率发生器提供，它提供的时钟控制主机移位寄存器移位，同时通过SCK线输入到从机控制从机移位寄存器的频率，实现同步通信。

时钟上升沿主机和从机移位寄存器分别左移，将最高位放置到MOSI和MISO引脚，时钟下降沿主机和从机分别从MISO和MOSI引脚读取数据并放置在移位寄存器最低位。如此循环8次，可以实现主机从机全双工通信交换一个字节数据。

SPI通信的基础是交换一个字节，实现交换一个字节后，可以方便地实现发送一个字节、接收一个字节。

SPI时序基本单元

起始条件：SS从高电平切换到低电平（主机拉低对应从机的SS信号）。

终止条件：SS从低电平切换到高电平（主机拉高对应从机的SS信号）。

交换一个字节（模式0）：

CPOL（Clock Polarity， 时钟极性） = 0：空闲状态时，SCK为低电平。

CPHA（Clock Phase，时钟相位） = 0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据。

SS下降沿时，立刻触发移位输出，将最高位输出到各自引脚，等待SCK第一个上升沿读取。

交换一个字节（模式1）：

CPOL（Clock Polarity， 时钟极性） = 0：空闲状态时，SCK为低电平。

CPHA（Clock Phase，时钟相位） = 1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据。

SS高电平时，从机的输出口MISO应该配置为高阻态，所以此时MISO电平在低电平与高电平之间。

CPHA设置为1，在时钟上升沿主机从机同时移出数据并将最高位通过MOSI和MISO输出，在下降沿采样各自的输入引脚放置到移位寄存器最低位。

交换一个字节（模式2）：与模式0相比，SCK反向，其余相同

CPOL（Clock Polarity， 时钟极性） = 1：空闲状态时，SCK为高电平。

CPHA（Clock Phase，时钟相位） = 0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据。

交换一个字节（模式3）：与模式1相比，SCK反向，其余相同

CPOL（Clock Polarity， 时钟极性） = 1：空闲状态时，SCK为高电平。

CPHA（Clock Phase，时钟相位） = 1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据。

SPI时序

SPI通常采用指令码+读写数据。SPI开始后，第一个交换发送给从机的数据为指令码，从机中有对应的指令集，发送不同的指令可以控制从机完成不同的功能。

发送指令：向SS指定的设备，发送指令0x06

指定地址写：向SS指定的设备，发送写指令（0x02），随后在指定地址（Address[23:0]）下，写入指定数据（Data）

指定地址读：向SS指定的设备，发送读指令（0x03），随后在指定地址（Address[23:0]）下，读取指定数据（Data）

W25Q64简介

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）：W25Q64：64Mbit/8MByte

硬件电路

WP写保护低电平有效，低电平时不能向芯片写入。

W25Q64框图

8MB空间划分：Block（每块64KB，共128块） -> Sector（每个扇区4KB，每块共16个扇区） -> Page（256Byte，每个扇区共16页）

状态寄存器Status Register，可以判断芯片是否处于忙状态、是否写保护等

256字节的页缓冲器负责在SPI通信时缓存数据，时序结束后复制到Flash，此时芯片处于忙状态Busy，发送该信号到状态寄存器，因此写入的一个时序连续写入量不能超过256字节。

Flash操作注意事项：

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改写为0，不能由0改写为1
  • 写入数据前必须先擦除，擦除后，所有数据变为1
  • 擦除必须按最小擦除单元进行
  • 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，芯片会进入忙状态，不响应新的读写操作

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，读取后不会进入忙状态，但不能在忙状态读取

常用指令

软件SPI读写W25Q64

整体框架：SPI通信层 -> W25Q64硬件驱动层 -> main.c调用

SPI通信层：新建MySPI模块，实现通信引脚封装，初始化，SPI通信（起始、中止、交换一个字节）

W25Q64硬件驱动层：调用MySPI，实现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

代码

// MySPI.c#include"stm32f10x.h"// Device header// 封装对SS的操作voidMySPI_W_SS(uint8_tBitVal){GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_4,(BitAction)BitVal);// SPI通信非常快所以不用加延时}// 封装对SCK的操作voidMySPI_W_SCK(uint8_tBitVal){GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_5,(BitAction)BitVal);}// 封装对MOSI的操作voidMySPI_W_MOSI(uint8_tBitVal){GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_7,(BitAction)BitVal);}// 封装对MISO的操作uint8_tMySPI_R_MISO(void){returnGPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_6);}voidMySPI_Init(void){// 开启时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);// 配置GPIOGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;// 输出引脚配置推挽输出模式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);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;// 输入引脚配置上拉输入模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);// 设置默认电平MySPI_W_SS(1);// SS默认高电平MySPI_W_SCK(0);// 模式0下SCK默认低电平}// 产生起始条件voidMySPI_Start(void){MySPI_W_SS(0);}// 产生终止条件voidMySPI_Stop(void){MySPI_W_SS(1);}// 交换一个字节uint8_tMySPI_SwapByte(uint8_tByteSend){uint8_ti,ByteReceive=0x00;for(i=0;i<8;i++){// 开始条件产生后，主机左移并把最高位写到MOSIMySPI_W_MOSI(ByteSend&(0x80>>i));// SCK上升沿到来后主机读取MISOMySPI_W_SCK(1);if(MySPI_R_MISO()==1){ByteReceive|=(0x80>>i);}// 产生下降沿MySPI_W_SCK(0);}returnByteReceive;}// W25Q64.c#include"stm32f10x.h"// Device header#include"MySPI.h"#include"W25Q64_Instructions.h"voidW25Q64_Init(void){MySPI_Init();}// 获取ID指令voidW25Q64_ReadID(uint8_t*MID,uint16_t*DID){MySPI_Start();// 主机向W25Q64发送读指令 抛玉引砖MySPI_SwapByte(W25Q64_JEDEC_ID);// 主机接收W25Q64的返回 抛砖引玉*MID=MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);*DID=MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);// DID低8位*DID<<=8;*DID|=MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);// DID高8位MySPI_Stop();}// 写使能指令voidW25Q64_WriteEnable(void){MySPI_Start();MySPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE);MySPI_Stop();}// 等待忙：调用后检查当前是否Busy，系统不忙时结束voidW25Q64_WaitBusy(void){uint32_tTimeout=100000;MySPI_Start();// 发送指令MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1);// 接收状态寄存器的值，取出最低为检查是否Busy，如果忙就等待while((MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE)&0x01)==1){Timeout--;if(Timeout==0){break;}}MySPI_Stop();}// 页编程指令：往指定地址写入Count个字节数据，Count最大为256voidW25Q64_PageProgram(uint32_tAddress,uint8_t*DataArray,uint16_tCount){// 写入指令前必须先写使能W25Q64_WriteEnable();MySPI_Start();// 发送页编程指令MySPI_SwapByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM);// 发送地址MySPI_SwapByte(Address>>16);MySPI_SwapByte(Address>>8);MySPI_SwapByte(Address);// 转成uint8_t类型参数高位会被舍弃// 发送写入的数据uint16_ti;for(i=0;i<Count;i++){MySPI_SwapByte(DataArray[i]);}MySPI_Stop();// 事后等待W25Q64_WaitBusy();}// 实现扇区擦除指令voidW25Q64_SectorErase(uint32_tAddress){// 写入指令前必须先写使能W25Q64_WriteEnable();MySPI_Start();// 发送扇区擦除指令MySPI_SwapByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB);// 发送地址MySPI_SwapByte(Address>>16);MySPI_SwapByte(Address>>8);MySPI_SwapByte(Address);// 转成uint8_t类型参数高位会被舍弃MySPI_Stop();// 事后等待W25Q64_WaitBusy();}// 读取数据指令，Count值无限制voidW25Q64_ReadData(uint32_tAddress,uint8_t*DataArray,uint32_tCount){MySPI_Start();// 发送读取指令MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_DATA);// 发送地址MySPI_SwapByte(Address>>16);MySPI_SwapByte(Address>>8);MySPI_SwapByte(Address);// 转成uint8_t类型参数高位会被舍弃// 接收读取数据uint32_ti;for(i=0;i<Count;i++){DataArray[i]=MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);}MySPI_Stop();}// main.c#include"stm32f10x.h"// Device header#include"OLED_Software.h"#include"W25Q64.h"uint8_tMID;uint16_tDID;uint8_tArrayWrite[]={0x01,0x02,0x03,0x04};uint8_tArrayReceive[4];intmain(void){OLED_Init();W25Q64_Init();OLED_ShowString(1,1,"MID: DID:");OLED_ShowString(2,1,"W:");OLED_ShowString(3,1,"R:");W25Q64_ReadID(&MID,&DID);OLED_ShowHexNum(1,5,MID,2);OLED_ShowHexNum(1,12,DID,4);W25Q64_SectorErase(0x000000);W25Q64_PageProgram(0x000000,ArrayWrite,4);W25Q64_ReadData(0x000000,ArrayReceive,4);OLED_ShowHexNum(2,3,ArrayWrite[0],2);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,ArrayReceive[0],2);OLED_ShowHexNum(3,6,ArrayReceive[1],2);OLED_ShowHexNum(3,9,ArrayReceive[2],2);OLED_ShowHexNum(3,12,ArrayReceive[3],2);while(1){}}
http://www.jsqmd.com/news/994284/

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