【江协STM32】11-2/3 W25Q64简介、软件SPI读写W25Q64

1. 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）：
      W25Q40：      4Mbit / 512KByte
      W25Q80：      8Mbit / 1MByte
      W25Q16：      16Mbit / 2MByte
      W25Q32：      32Mbit / 4MByte
      W25Q64：      64Mbit / 8MByte
      W25Q128：  128Mbit / 16MByte
      W25Q256：  256Mbit / 32MByte

1.1 硬件电路

CS上面画条横线，或者左边画"/"，表示低电平有效。

1.2 W25Q64框图

W25Q64的容量是8MB，如果不进行划分，只按照一整块来使用， 则容量太大，不利于管理，所以需要进行划分。常见划分方式为，一整块存储空间，先划分为若干的块Block，其中每一块再划分为若干的扇区Sector，对于每个扇区，内部又可以分成很多页Page。

1.3 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
  比如，在某一个字节的存储单元内，存储了0xAA（1010 1010）这个数据，如果直接再次在这个存储单元写入新的数据0x55（0101 0101），则这个存储单元最终的数据为0x00
• 写入数据前必须先擦除，擦除后，所有数据位变为1
  比如，擦除后所有位变成1，也就是0xFF（1111 1111），此时写入0x55（0101 0101），这样根据第二条规则，存储单元最终的数据为0x55
• 擦除必须按最小擦除单元进行
  在W25Q64中，可以选择整个芯片擦除、按块擦除、按扇区擦除，所以最小的擦除单元就是一个扇区（4KB，就是4096个字节），所以擦除，最少就需要4096个字节一起擦
• 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
  因为页缓存区只有256Byte
• 写入操作结束后，芯片进入忙状态，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，读取操作结束后不会进入忙状态，但不能在忙状态时读取

2. 软件SPI读写W25Q64

2.1 接线图

SPI的四根通信线CS、DO、CLK和DI，因为这里使用软件模拟SPI，所以这4根线可以接到STM32的任意GPIO口。

CS（片选）接到PA4、DO（从机输出）接到PA6、CLK（时钟）接到PA5、DI（从机输入）接到PA7

2.2 代码

先建立一个MySPI模块，这个模块中主要包含通信引脚封装、初始化，以及SPI通信的3个拼图（起始、终止和交换一个字节）。

然后基于SPI层，再建立一个W25Q64的模块，在此模块中，调用底层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。这一层可以称为W25Q64的硬件驱动层。

最后，在主函数中调用驱动层的函数，实现想要的功能。

MySPI.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header//  写SS/CS引脚
void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);
}//  写SCK/CLK引脚
void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue);
}//  写MOSI/DI引脚
void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue);
}//  读MISO/DO引脚
uint8_t MySPI_R_MISO(void)
{return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6);
}void MySPI_Init(void)
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//	输出引脚配置为推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;//	CS/SS(PA4),CLK/SCK(PA5),DI/MOSI(PA7)GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//	输入引脚配置为上拉输入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;//	DO/MISO(PA6)GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);MySPI_W_SS(1);//    默认高电平，不选中从机MySPI_W_SCK(0);//   使用SPI模式0，所以默认是低电平
}//  时序基本单元：起始条件
void MySPI_Start(void)
{MySPI_W_SS(0);
}//  时序基本单元：终止条件
void MySPI_Stop(void)
{MySPI_W_SS(1);
}//  时序基本单元：交换一个字节（模式0）
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{uint8_t i,ByteReceive = 0x00;for(i = 0; i < 8; i++){MySPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80 >> i));//    发送ByteSend最高位、次高位...MySPI_W_SCK(1);//   产生上升沿。上升沿时，从机会自动把MOSI的数据读走if(MySPI_R_MISO() == 1){ByteReceive |= (0x80 >> i);}// 如果读到MISO的数据位是1，则把最高位、次高位...存到ByteReceive中MySPI_W_SCK(0);//   产生下降沿。}return ByteReceive;
}

MySPI.h

#ifndef __MYSPI_H
#define __MYSPI_Hvoid MySPI_Init(void);
void MySPI_Start(void);
void MySPI_Stop(void);
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend);#endif

W25Q64.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MySPI.h"
#include "W25Q64_Ins.h"void W25Q64_Init(void)
{MySPI_Init();
}//  读取ID。因为函数有2个返回值，所以使用指针实现
//  MID为厂商ID，DID为设备ID
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID)
{MySPI_Start();//    SS引脚置低，开始传输MySPI_SwapByte(W25Q64_JEDEC_ID);// 发送0x9F(宏定义W25Q64_JEDEC_ID)，返回值不使用。0x9F根据手册，代表读ID号指令*MID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);// 0xFF无意义(宏定义W25Q64_DUMMY_BYTE)，这句的作用是把从机有意义的数据置换过来*DID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);// 0xFF无意义，置换出设备ID的高8位*DID <<= 8;//   把第一次读到的数据运到DID的高8位*DID |= MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);// 0xFF无意义，置换出设备ID的低8位MySPI_Stop();
}//  写使能
void W25Q64_WriteEnable(void)
{MySPI_Start();MySPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE);MySPI_Stop();
}//  等待忙
void W25Q64_WaitBusy(void)
{uint32_t Timeout;MySPI_Start();MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1);Timeout = 100000;// 给定超时计数时间while((MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE) & 0x01) == 0x01)//    返回值是状态寄存器1，取出最低位{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();
}/*** 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。例如0x123456，这里交换0x12MySPI_SwapByte(Address >> 8);				//交换发送地址15~8位。右移8位为0x1234，由于交换字节函数只能接收8位数据，所以高位舍弃，实际发送0x34MySPI_SwapByte(Address);					//交换发送地址7~0位。由于交换字节函数只能接收8位数据，所以高位舍弃，实际发送0x56for (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。例如0x123456，这里交换0x12MySPI_SwapByte(Address >> 8);				//交换发送地址15~8位。右移8位为0x1234，由于交换字节函数只能接收8位数据，所以高位舍弃，实际发送0x34MySPI_SwapByte(Address);					//交换发送地址7~0位。由于交换字节函数只能接收8位数据，所以高位舍弃，实际发送0x56MySPI_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
}

W25Q64.h

#ifndef __W25Q64_H
#define __W25Q64_Hvoid 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

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

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device 
#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[] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD};	//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)
{OLED_Init();W25Q64_Init();/*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MIDOLED_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){}
}

其他引用的头文件和c代码可在此处查阅：OLED.h（【江协STM32】4 OLED调试工具）