【STM32CubeMX学习】SPI读写W25Q16
1、SPI总线
SPI分为主从工作模式，通常有一个主设备和一个或多个从设备，本文中MCU为主机，W25Q16为从机。
SPI通信有以下四根线：
MISO：主设备数据输入，从设备数据输出。
MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入。
SCLK：时钟信号，由主设备产生。
CS：从设备片选信号，由主设备控制，低电平为选中。
SPI可以同时发出和接收串行数据，主机发送一个数据的同时从机也将自己数据返回给主机。这样，双方的数据就被交换了。主机控制外设时，写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。
SPI的特点：高位先发送，共有四种工作模式。
CPOL(时钟极性)：规定了SCK时钟信号空闲状态的电平(0-低电平,1-高电平)
CPHA(时钟相位)：规定了数据是在SCK时钟的上升沿还是下降沿被采样(0-第一个时钟边沿开始采样,1-第二个时钟边沿开始采样)
模式0：CPOL=0，CPHA =0 SCK空闲为低电平，数据在SCK的上升沿被采样(提取数据)
模式1：CPOL=0，CPHA =1 SCK空闲为低电平，数据在SCK的下降沿被采样(提取数据)
模式2：CPOL=1，CPHA =0 SCK空闲为高电平，数据在SCK的下降沿被采样(提取数据)
模式3：CPOL=1，CPHA =1 SCK空闲为高电平，数据在SCK的上升沿被采样(提取数据)
2、使用STM32CubeMX配置相关引脚
3、实现软件模拟SPI的四种模式
spi.h
#ifndef __SPI_H
#define __SPI_H
#include "main.h"
#define MOSI_H HAL_GPIO_WritePin(MOSI_GPIO_Port, MOSI_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define MOSI_L HAL_GPIO_WritePin(MOSI_GPIO_Port, MOSI_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#define SCK_H HAL_GPIO_WritePin(SCLK_GPIO_Port, SCLK_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define SCK_L HAL_GPIO_WritePin(SCLK_GPIO_Port, SCLK_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#define MISO HAL_GPIO_ReadPin(MISO_GPIO_Port, MISO_Pin)
#define F_CS_H HAL_GPIO_WritePin(F_CS_GPIO_Port, F_CS_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define F_CS_L HAL_GPIO_WritePin(F_CS_GPIO_Port, F_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET)
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE0(uint8_t write_dat);
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE1(uint8_t write_dat);
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE2(uint8_t write_dat);
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE3(uint8_t write_dat);
uint8_t SPI2_ReadWriteByte(uint8_t TxData);
#endif
spi.c
#include "spi.h"
/*spi延时函数，微秒*/
static void spi_delay(uint16_t time)
{
uint16_t i=0;
while(time--)
{
i=10;
while(i--) ;
}
}
//CPOL：规定了SCK时钟信号空闲状态的电平(0-低电平,1-高电平)
//CPHA：规定了数据是在SCK时钟的上升沿还是下降沿被采样(0-第一个时钟边沿开始采样,1-第二个时钟边沿开始采样)
//模式0：CPOL=0，CPHA =0 SCK空闲为低电平，数据在SCK的上升沿被采样(提取数据)
//模式1：CPOL=0，CPHA =1 SCK空闲为低电平，数据在SCK的下降沿被采样(提取数据)
//模式2：CPOL=1，CPHA =0 SCK空闲为高电平，数据在SCK的下降沿被采样(提取数据)
//模式3：CPOL=1，CPHA =1 SCK空闲为高电平，数据在SCK的上升沿被采样(提取数据)
/* CPOL = 0, CPHA = 0 */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE0(uint8_t write_dat)
{
uint8_t i,read_dat = 0;
SCK_L;
for(i=0;i<8;i++)
{
if(write_dat&0x80)
MOSI_H;
else
MOSI_L;
write_dat <<= 1;
spi_delay(1);
SCK_H;
read_dat <<= 1;
if(MISO)
read_dat++;
spi_delay(1);
SCK_L;
__nop();
}
return read_dat;
}
/* CPOL=0，CPHA=1 */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE1(uint8_t write_dat)
{
uint8_t i,read_dat = 0;
SCK_L;
for(i=0;i<8;i++)
{
SCK_H;
if(write_dat&0x80)
MOSI_H;
else
MOSI_L;
write_dat <<= 1;
spi_delay(1);
SCK_L;
read_dat <<= 1;
if(MISO)
read_dat++;
spi_delay(1);
}
return read_dat;
}
/* CPOL=1，CPHA=0 */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE2(uint8_t write_dat)
{
uint8_t i,read_dat = 0;
SCK_H;
for(i=0;i<8;i++)
{
if(write_dat&0x80)
MOSI_H;
else
MOSI_L;
write_dat <<= 1;
spi_delay(1);
SCK_L;
read_dat <<= 1;
if(MISO)
read_dat++;
spi_delay(1);
SCK_H;
}
return read_dat;
}
/* CPOL = 1, CPHA = 1 */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE3(uint8_t write_dat)
{
uint8_t i,read_dat = 0;
SCK_H;
for(i=0;i<8;i++)
{
SCK_L;
if(write_dat&0x80)
MOSI_H;
else
MOSI_L;
write_dat <<= 1;
spi_delay(1);
SCK_H;
read_dat <<= 1;
if(MISO)
read_dat++;
spi_delay(1);
__nop();
}
return read_dat;
}
//SPI2 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
uint8_t SPI2_ReadWriteByte(uint8_t TxData)
{
uint8_t Rxdata;
Rxdata = SOFT_SPI_RW_MODE3(TxData);//使用模式3
return Rxdata;
}
4、实现W25Q16的读写函数
参考正点原子例程
w25q16.h
#ifndef __W25Q16_H
#define __W25Q16_H
#include "main.h"
extern uint8_t W25QXX_BUFFER[4096];
//W25X16读写指令表
#define W25X_WriteEnable 0x06
#define W25X_WriteDisable 0x04
#define W25X_ReadStatusReg 0x05
#define W25X_WriteStatusReg 0x01
#define W25X_ReadData 0x03
#define W25X_FastReadData 0x0B
#define W25X_FastReadDual 0x3B
#define W25X_PageProgram 0x02
#define W25X_BlockErase 0xD8
#define W25X_SectorErase 0x20
#define W25X_ChipErase 0xC7
#define W25X_PowerDown 0xB9
#define W25X_ReleasePowerDown 0xAB
#define W25X_DeviceID 0xAB
#define W25X_ManufactDeviceID 0x90
#define W25X_JedecDeviceID 0x9F
uint16_t W25QXX_ReadID(void);//读取FLASH ID
void W25QXX_Read(uint8_t* pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint16_t NumByteToRead);//读取flash
void W25QXX_Write(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite);//写入flash
void W25QXX_Erase_Chip(void); //整片擦除
void W25QXX_Erase_Sector(uint32_t Dst_Addr);//扇区擦除
void W25QXX_PowerDown(void);//进入掉电模式
void W25QXX_WAKEUP(void);//唤醒
#endif
w25q16.c
#include "w25q16.h"
#include "spi.h"
//容量为16M bit,2M byte,共有32个块,512个扇区
//4Kbytes为一个扇区,16个扇区为1个块
//读取SPI_FLASH的状态寄存器
//BIT7 6 5 4 3 2 1 0
//SPR RV TB BP2 BP1 BP0 WEL BUSY
//SPR:默认0,状态寄存器保护位,配合WP使用
//TB,BP2,BP1,BP0:FLASH区域写保护设置
//WEL:写使能锁定
//BUSY:忙标记位(1,忙;0,空闲)
//默认:0x00
uint8_t W25QXX_ReadSR(void)
{
uint8_t byte=0;
F_CS_L;//使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReadStatusReg); //发送读取状态寄存器命令
byte=SPI2_ReadWriteByte(0Xff); //读取一个字节
F_CS_H;//取消片选
return byte;
}
//写SPI_FLASH状态寄存器
//只有SPR,TB,BP2,BP1,BP0(bit 7,5,4,3,2)可以写!!!
void W25QXX_Write_SR(uint8_t sr)
{
F_CS_L; //使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteStatusReg); //发送写取状态寄存器命令
SPI2_ReadWriteByte(sr); //写入一个字节
F_CS_H;//取消片选
}
//等待空闲
void W25QXX_Wait_Busy(void)
{
while((W25QXX_ReadSR()&0x01)==0x01); //等待BUSY位清空
}
//SPI_FLASH写使能
//将WEL置位
void W25QXX_Write_Enable(void)
{
F_CS_L;//使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable); //发送写使能
F_CS_H;//取消片选
}
//SPI_FLASH写禁止
//将WEL清零
void W25QXX_Write_Disable(void)
{
F_CS_L;//使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable); //发送写禁止指令
F_CS_H;//取消片选
}
//读取芯片ID W25X16的ID:0XEF14
uint16_t W25QXX_ReadID(void)
{
uint16_t Temp = 0;
F_CS_L; //使能器件
SPI2_ReadWriteByte(0x90);//发送读取ID命令
SPI2_ReadWriteByte(0x00);
SPI2_ReadWriteByte(0x00);
SPI2_ReadWriteByte(0x00);
Temp|=SPI2_ReadWriteByte(0xFF)<<8;
Temp|=SPI2_ReadWriteByte(0xFF);
F_CS_H;//取消片选
return Temp;
}
//读取SPI FLASH
//在指定地址开始读取指定长度的数据
//pBuffer:数据存储区
//ReadAddr:开始读取的地址(24bit)
//NumByteToRead:要读取的字节数(最大65535)
void W25QXX_Read(uint8_t* pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint16_t NumByteToRead)
{
uint16_t i;
F_CS_L;//使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReadData);//发送读取命令
SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)((ReadAddr)>>16)); //发送24bit地址
SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)((ReadAddr)>>8));
SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)ReadAddr);
for(i=0;i>16));//发送24bit地址
SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)((WriteAddr)>>8));
SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)WriteAddr);
for(i=0;ipageremain
{
pBuffer+=pageremain;
WriteAddr+=pageremain;
NumByteToWrite-=pageremain; //减去已经写入了的字节数
if(NumByteToWrite>256)pageremain=256; //一次可以写入256个字节
else pageremain=NumByteToWrite; //不够256个字节了
}
};
}
//写SPI FLASH
//在指定地址开始写入指定长度的数据
//该函数带擦除操作!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)
uint8_t W25QXX_BUFFER[4096];
void W25QXX_Write(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite)
{
uint32_t secpos;
uint16_t secoff;
uint16_t secremain;
uint16_t i;
secpos=WriteAddr/4096;//扇区地址 0~511 for w25x16
secoff=WriteAddr%4096;//在扇区内的偏移
secremain=4096-secoff;//扇区剩余空间大小
if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite;//不大于4096个字节
while(1)
{
W25QXX_Read(W25QXX_BUFFER,secpos*4096,4096);//读出整个扇区的内容
for(i=0;i4096)secremain=4096;//下一个扇区还是写不完
else secremain=NumByteToWrite;//下一个扇区可以写完了
}
};
}
//擦除整个芯片
//整片擦除时间:
//W25X16:25s
//W25X32:40s
//W25X64:40s
//等待时间超长...
void W25QXX_Erase_Chip(void)
{
W25QXX_Write_Enable(); //SET WEL
W25QXX_Wait_Busy();
F_CS_L;//使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_ChipErase); //发送片擦除命令
F_CS_H;//取消片选
W25QXX_Wait_Busy();//等待芯片擦除结束
}
//擦除一个扇区
//Dst_Addr:扇区地址 0~511 for w25x16
//擦除一个扇区的最少时间:150ms
void W25QXX_Erase_Sector(uint32_t Dst_Addr)
{
Dst_Addr*=4096;
W25QXX_Write_Enable(); //SET WEL
W25QXX_Wait_Busy();
F_CS_L;//使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_SectorErase); //发送扇区擦除指令
SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)((Dst_Addr)>>16)); //发送24bit地址
SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)((Dst_Addr)>>8));
SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)Dst_Addr);
F_CS_H;//取消片选
W25QXX_Wait_Busy();//等待擦除完成
}
//进入掉电模式
void W25QXX_PowerDown(void)
{
F_CS_L;//使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_PowerDown); //发送掉电命令
F_CS_H;//取消片选
Delay_Us(3);//等待TPD
}
//唤醒
void W25QXX_WAKEUP(void)
{
F_CS_L;//使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReleasePowerDown); //send W25X_PowerDown command 0xAB
F_CS_H;//取消片选
Delay_Us(3); //等待TPD
}
5、验证
添加必要的变量
const uint8_t TEXT_Buffer[]={"W25Q16 TEST"};//要写入到W25Q16的字符串数组
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)
uint16_t W25QXX_TYPE;//定义我们使用的flash芯片型号
uint32_t FLASH_SIZE=2*1024*1024; //FLASH 大小为2M字节
uint8_t datatemp[SIZE];在main函数里循环读写验证
W25QXX_TYPE = W25QXX_ReadID();
printf("W25QXX_TYPE == %04x\r\n",W25QXX_TYPE);
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
printf("\r\nStart Write W25Q16....\r\n");
W25QXX_Write((uint8_t*)TEXT_Buffer,FLASH_SIZE-100,SIZE); //从倒数第100个地址处开始,写入SIZE长度的数据
printf("W25Q16 Write Finished!\r\n");//提示传送完成
Delay_Ms(1000);
printf("\r\nStart Read W25Q16....\r\n");
W25QXX_Read(datatemp,FLASH_SIZE-100,SIZE); //从倒数第100个地址处开始,读出SIZE个字节
printf("The Data Readed Is: ");//提示传送完成
printf("%s\r\n",datatemp);//显示读到的字符串
Delay_Ms(1000);
}
/* USER CODE END 3 */编译下载后在串口助手中查看
可以看到，芯片的ID为0xef14,循环读写也成功了。