基于STM32实现W25Q16读写操作（spi）

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前言

在之前我们学习了flash闪存，这个更多的是内部数据存储，容量也是会比较小。这次我们来学习一下更多的存储单元w25q16，顺便了解spi———串行外围设备接口。

一、W25Q16

1.介绍

在我们的核心板子上基本都会有这么一块芯片，只是有的容量会计较大，大家可以查看板子的原理图，如图所示：

有的板子可能是w25q32或者其他，后面的数字代表的是容量，用法都是一样的，从图中或者产品手册我们可以看到芯片是spi协议通信的。

2.SPI

2.1. 简介

串行外设接口 (SPI) 可与外部器件进行半双工/全双工的同步串行通信。该接口可配置为主模式，在这种情况下，它可为外部从器件提供通信时钟 (SCK)。该接口还能够在多主模式配置 下工作。

它可用于多种用途，包括基于双线的单工同步传输，其中一条可作为双向数据线，或使用CRC 校验实现可靠通信。

2.2. 特性

● 基于三条线的全双工同步传输
● 基于双线的单工同步传输，其中一条可作为双向数据线
● 8 位或 16 位传输帧格式选择
● 主模式或从模式操作
● 多主模式功能
● 8 个主模式波特率预分频器（最大值为 fPCLK/2）
● 从模式频率（最大值为 fPCLK/2）
● 对于主模式和从模式都可实现更快的通信
● 对于主模式和从模式都可通过硬件或软件进行 NSS 管理：动态切换主/从操作
● 可编程的时钟极性和相位
● 可编程的数据顺序，最先移位 MSB 或 LSB
● 可触发中断的专用发送和接收标志
● SPI 总线忙状态标志
● SPI TI 模式
● 用于确保可靠通信的硬件 CRC 功能：
— 在发送模式下可将 CRC 值作为最后一个字节发送
— 根据收到的最后一个字节自动进行 CRC 错误校验
● 可触发中断的主模式故障、上溢和 CRC 错误标志
● 具有 DMA 功能的 1 字节发送和接收缓冲器：发送和接收请求

2.3. 功能说明

通常，SPI 通过 4 个引脚与外部器件连接：

● MISO：主输入/从输出数据。此引脚可用于在从模式下发送数据和在主模式下接收数据。
● MOSI：主输出/从输入数据。此引脚可用于在主模式下发送数据和在从模式下接收数据。
● SCK：用于 SPI 主器件的串行时钟输出以及 SPI 从器件的串行时钟输入。
● NSS：从器件选择。这是用于选择从器件的可选引脚。

2.4. 工作模式

SPI总线有四种工作方式，其中使用的最为广泛的是模式0和模式3方式。

CPOL(Clock Polarity)：时钟极性选择，为0时SPI总线空闲时，时钟线为低电平 ；为1时SPI总线空闲时，时钟线为高电平。

CPHA(Clock Phase)：时钟相位选择，为0时在SCLK第一个跳变沿，主机对MISO引脚电平采样；为1时在SCLK第二个跳变沿，主机对MISO引脚电平采样。

2.5. 引脚说明

二、代码开发

1.SPI初始化

在原理图中我们可以看到板子上直接是使用了PB3、4、5、14引脚，接下来我们进行初始化。

void w25qxx_init(void)
{
	//PB硬件时钟使能	
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);
	
	//配置PB3 PB5 PB14为输出模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_14;		//第3 4 5根引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_OUT;	//输出模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;	//推挽输出，增加输出电流能力。
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//高速响应
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;	//没有使能上下拉电阻

	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);	
	
	//看时序图，工作在模式3，时钟线引脚PB3，初始电平为高电平
	PBout(3)=1;
	
	//看时序图，片选引脚PB14，初始电平为高电平	
	PBout(14)=1;	
	
	
	//PB4配置输入模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;		//第4根引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_IN;		//输入模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;	//推挽输出，增加输出电流能力。
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//高速响应
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;	//没有使能上下拉电阻
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);		
	
	SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //全双工
	SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;						//主机模式
	SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;				//8位数据位
	SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;						//SPI FLASH可以设置为高电平
	SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;					//MISO在第二边沿采样数据
	SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;						//片选引脚由代码控制
	SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8; //clk=84MHZ/8=10.5MHz
	
	SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;		//以最高有效位发送
	
	
	SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
	
	SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
	
}

2.读取厂商ID

我们需要根据产品手册来进行这以操作，我们可以看到这样一张图（如下图），这可能看起来有点复杂，不知道从哪里下手，我们需要一点一点慢慢来。

我们将上下两张图拼接起来，其实是一张图，如下图：

这里可以把它分为7各部分。

2.1.读写字节

这里我们使用的是模式3，从图中可以看出需要从高位先写入，每次8位，读取也是一样的。

uint8_t spi1_send_byte(uint8_t byte)
{
	
	int32_t i=0;
	uint8_t d=0;
	
	
	for(i=7; i>=0; i--)
	{
		//对byte每个bit进行判断
		if(byte & (1<<i))
		{
			//MOSI引脚输出高电平
			PBout(5)=1;
		}
		else
		{
		
			//MOSI引脚输出低电平
			PBout(5)=0;		
		
		}
		
		//时钟线输出低电平
		PBout(3)=0;
		
		//延时一会，MOSI引脚已经发送到对方
		delay_us(1);
		
	
		//时钟线输出高电平
		PBout(3)=1;
		
		//延时一会
		delay_us(1);	
	
		//读取MISO引脚电平
		if(PBin(4))
			d|=1<<i;
	
	}
	
	
	return d;
}

2.2.读取ID

按照时序图的说明我们编写出一下代码

void w25qxx_read_id(uint8_t *m_id,uint8_t *d_id)
{
	//片选引脚输出低电平
	PBout(14)=0;

	//发送90h命令
	spi1_send_byte(0x90);

	//发送24bit地址，该数值全为0
	spi1_send_byte(0x00);
	spi1_send_byte(0x00);
	spi1_send_byte(0x00);	
	
	//传递任意参数，读取厂商id
	*m_id=spi1_send_byte(0xFF);
	
	//传递任意参数，读取设备id
	*d_id=spi1_send_byte(0xFF);	
	
	//片选引脚输出高电平
	PBout(14)=1;	
}

3.其他的一些操作

在产品手册里有很多不同指令操作，这里不一一介绍，但是都和上面读取ID的操做差不多，如果有兴趣可以根据产品手册编写代码，下面会给出完整的代码，包括一些常见的操作。

4.完整代码

#include "stm32f4xx.h"
#include "sys.h"
#include 


static GPIO_InitTypeDef 		GPIO_InitStructure;
static NVIC_InitTypeDef 		NVIC_InitStructure;
static USART_InitTypeDef 		USART_InitStructure;
static SPI_InitTypeDef  		SPI_InitStructure;

#pragma import(__use_no_semihosting_swi)
struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };
FILE __stdout;
FILE __stdin;

int fputc(int ch, FILE *f) {
	
	USART_SendData(USART1,ch);
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);
	USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TXE);
	
	
	return ch;
}
void _sys_exit(int return_code) {

}

void delay_us(uint32_t n)
{
	SysTick->CTRL = 0; 			// Disable SysTick，关闭系统定时器
	SysTick->LOAD = (168*n)-1; // 配置计数值(168*n)-1 ~ 0
	SysTick->VAL  = 0; 		// Clear current value as well as count flag
	SysTick->CTRL = 5; 		// Enable SysTick timer with processor clock
	while ((SysTick->CTRL & 0x10000)==0);// Wait until count flag is set
	SysTick->CTRL = 0; 		// Disable SysTick	
}

void delay_ms(uint32_t n)
{
	while(n--)
	{
		SysTick->CTRL = 0; 				// Disable SysTick，关闭系统定时器
		SysTick->LOAD = (168000)-1; 	// 配置计数值(168000)-1 ~ 0
		SysTick->VAL  = 0; 		// Clear current value as well as count flag
		SysTick->CTRL = 5; 		// Enable SysTick timer with processor clock
		while ((SysTick->CTRL & 0x10000)==0);// Wait until count flag is set
	}
	
	SysTick->CTRL = 0; 		// Disable SysTick	

}

void usart1_init(uint32_t baud)
{
	
	//打开PA硬件时钟	
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	

	//打开串口1硬件时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

	//配置PA9和PA10为复用功能模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10;		//第9 10根引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_AF;	//多功能模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;	//推挽输出，增加输出电流能力。
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//高速响应
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;	//没有使能上下拉电阻

	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);


	//将PA9和PA10引脚连接到串口1的硬件
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1);
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1);	
	
	
	
	//配置串口1相关参数：波特率、无校验位、8位数据位、1个停止位......
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = baud;										//波特率
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;						//8位数据位
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;							//1个停止位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;								//无奇偶校验
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;	//无硬件流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;					//允许收发数据
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
	
	
	//配置串口1的中断触发方法：接收一个字节触发中断
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
	
	
	//配置串口1的中断优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	
	//使能串口1工作
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

void w25qxx_init(void)
{
	//PB硬件时钟使能	
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);
	
	//配置PB3 PB5 PB14为输出模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_14;		//第3 4 5根引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_OUT;	//输出模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;	//推挽输出，增加输出电流能力。
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//高速响应
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;	//没有使能上下拉电阻

	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);	
	
	//看时序图，工作在模式3，时钟线引脚PB3，初始电平为高电平
	PBout(3)=1;
	
	//看时序图，片选引脚PB14，初始电平为高电平	
	PBout(14)=1;	
	
	
	//PB4配置输入模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;		//第4根引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_IN;		//输入模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;	//推挽输出，增加输出电流能力。
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//高速响应
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;	//没有使能上下拉电阻
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);		
	
	SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //全双工
	SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;						//主机模式
	SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;				//8位数据位
	SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;						//SPI FLASH可以设置为高电平
	SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;					//MISO在第二边沿采样数据
	SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;						//片选引脚由代码控制
	SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8; //clk=84MHZ/8=10.5MHz
	
	SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;		//以最高有效位发送
	
	
	SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
	
	SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
	
}


uint8_t spi1_send_byte(uint8_t byte)
{
	
	int32_t i=0;
	uint8_t d=0;
	
	
	for(i=7; i>=0; i--)
	{
		//对byte每个bit进行判断
		if(byte & (1<<i))
		{
			//MOSI引脚输出高电平
			PBout(5)=1;
		}
		else
		{
		
			//MOSI引脚输出低电平
			PBout(5)=0;		
		
		}
		
		//时钟线输出低电平
		PBout(3)=0;
		
		//延时一会，MOSI引脚已经发送到对方
		delay_us(1);
		
	
		//时钟线输出高电平
		PBout(3)=1;
		
		//延时一会
		delay_us(1);	
	
		//读取MISO引脚电平
		if(PBin(4))
			d|=1<<i;
	
	}
	
	
	return d;
}



//读取w25qxxState Regist(状态寄存器)值
uint8_t w25qxx_read_SR()
{
	uint8_t RS1 = 0;


	//片选引脚输出低电平
	PBout(14)=0;

	//发送90h命令
	spi1_send_byte(0x05);
	
	//接收指定字节数据
	RS1=spi1_send_byte(0xFF);

	//片选引脚输出高电平
	PBout(14)=1;
	
	return RS1;
}



//w25qxx读取数据
void w25qxx_read_data(uint8_t *data,uint32_t dataaddr,uint32_t size)
{
	int8_t i=0;
	
	//片选引脚输出低电平
	PBout(14)=0;

	//发送90h命令
	spi1_send_byte(0x03);

	//发送24bit地址，该数值全为0
	//例如发送地址：0x123456
	spi1_send_byte((uint8_t)(dataaddr>>16));
	spi1_send_byte((uint8_t)(dataaddr>>8));
	spi1_send_byte((uint8_t)dataaddr);	
	
	
	//接收指定字节数据
	for(i=0;i<size;i++)
		//传递任意参数，读取数据
		data[i]=spi1_send_byte(0xFF);
	
	
	//片选引脚输出高电平
	PBout(14)=1;	
}

//w25qxx写使能
void w25qxx_write_enable()
{
	//片选引脚输出低电平
	PBout(14)=0;

	//发送90h命令
	spi1_send_byte(0x06);
	

	//片选引脚输出高电平
	PBout(14)=1;
		
}

//w25qxx写使不能
void w25qxx_write_disable()
{
	//片选引脚输出低电平
	PBout(14)=0;

	//发送90h命令
	spi1_send_byte(0x04);
	

	//片选引脚输出高电平
	PBout(14)=1;


}


//扇区擦除
void w25qxx_erase_sector(uint32_t sectoraddr)
{

	w25qxx_write_enable();
	
	PBout(14) = 0;
	
	//等待BUSY位清空
	//while(w25qxx_read_SR()&0x01 == 0x01);
	
	//发送扇区擦除命令
	spi1_send_byte(0x20);

	//发送24bit地址，该数值全为0
	spi1_send_byte((uint8_t)(sectoraddr>>16));
	spi1_send_byte((uint8_t)(sectoraddr>>8));
	spi1_send_byte((uint8_t)sectoraddr);


	PBout(14) = 1;	
	
	//等待BUSY位清空
	while(w25qxx_read_SR()&0x01 == 0x01);
	


}


void w25qxx_page_write(uint8_t *data,uint32_t dataaddr,uint16_t size)
{
	uint16_t i=0;
	
	//写使能
	w25qxx_write_enable();
	
	PBout(14) = 0;
	
	//发送页存储指令
	spi1_send_byte(0x02);
	
	//发送存储地址
	spi1_send_byte((uint8_t)(dataaddr>>16));
	spi1_send_byte((uint8_t)(dataaddr>>8));
	spi1_send_byte(dataaddr);
	
	//循环发送数据
	for(i=0;i<size;i++)
		spi1_send_byte(data[i]);
	

	PBout(14) = 1;
	
	//等待BUSY位清空
	while(w25qxx_read_SR()&0x01 == 0x01);	
	
	//添加写保护
	w25qxx_write_disable();
	
}

void w25qxx_read_id(uint8_t *m_id,uint8_t *d_id)
{
	//片选引脚输出低电平
	PBout(14)=0;

	//发送90h命令
	spi1_send_byte(0x90);

	//发送24bit地址，该数值全为0
	spi1_send_byte(0x00);
	spi1_send_byte(0x00);
	spi1_send_byte(0x00);	
	
	//传递任意参数，读取厂商id
	*m_id=spi1_send_byte(0xFF);
	
	//传递任意参数，读取设备id
	*d_id=spi1_send_byte(0xFF);	
	
	//片选引脚输出高电平
	PBout(14)=1;	
}


int main(void)
{
	int32_t i=0;
	uint8_t m_id,d_id;
	uint8_t data[256] = {0};
	
	//使能(打开)端口F的硬件时钟，就是对端口F供电
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);
	
	//串口1波特率:115200bps
	usart1_init(115200);	

	//初始化GPIO引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;		//第9根引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_OUT;	//输出模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;	//推挽输出，增加输出电流能力。
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//高速响应
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;	//没有使能上下拉电阻

	GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStructure);
	
	PFout(9)=1;
	
	//初始化SPI1连接的w25qxx
	w25qxx_init();
	w25qxx_read_id(&m_id,&d_id);
	
	
	printf("m_id=%x,d_id=%x\r\n",m_id,d_id);
	
	printf("read data at addr 0:\r\n");
	w25qxx_read_data(data,0,64);
	for(i=0;i<64;i++)
		printf("%02X ",data[i]);
	
	//扇区擦除
	printf("\r\nerase sector 0:\r\n");	
	w25qxx_erase_sector(0);
	
	printf("read data at addr 0:\r\n");	
	w25qxx_read_data(data,0,64);
	for(i=0;i<64;i++)
		printf("%02X ",data[i]);
	
	
	
	//页写入
	printf("write data at addr 0:\r\n");		
	for(i=0;i<256;i++)
		data[i]=0x88;
	w25qxx_page_write(data,0,256);
	
	
	printf("read data at addr 0:\r\n");	
	w25qxx_read_data(data,0,256);
	for(i=0;i<256;i++)
		printf("%02X ",data[i]);
		
	
	

		
	printf("\r\n");
	
	while(1)
	{
		
		
	}
}



void USART1_IRQHandler(void)
{
	uint8_t d;
	
	//检测标志位
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE) == SET)
	{
		//接收数据
		d=USART_ReceiveData(USART1);
		
		
	
		//清空标志位
		USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
	}

}

三、效果演示

这里还是使用串口来调试看我们做出来的效果，如下图所示：