STM32通过SPI软件读写W25Q64

标签：SCK W25Q64 MySPI STM32 SPI GPIO define

文章目录

1. W25Q64

2. 硬件电路

3. W25Q64框架图

4. 软件/硬件波形对比

5. 代码实现

5.1 MyI2C.c

5.2 MyI2C.h

5.3 W25Q64.c

5.4 W25Q64.h

5.5 W25Q64_Ins.h

5.6 main.c

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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。

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4. 软件/硬件波形对比

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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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标签：SCK,W25Q64,MySPI,STM32,SPI,GPIO,define
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