【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<NumByteToRead;i++)
	{ 
    pBuffer[i]=SPI2_ReadWriteByte(0XFF);   //循环读数  
  }
  F_CS_H;//取消片选     
}  

//SPI在一页(0~65535)内写入少于256个字节的数据
//在指定地址开始写入最大256字节的数据
//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256),该数不应该超过该页的剩余字节数!!!	 
void W25QXX_Write_Page(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite)
{
 	uint16_t i;  
  W25QXX_Write_Enable();  //SET WEL 
	F_CS_L;   //使能器件   
  SPI2_ReadWriteByte(W25X_PageProgram);    //发送写页命令   
  SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)((WriteAddr)>>16));//发送24bit地址    
  SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)((WriteAddr)>>8));   
  SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)WriteAddr);   
  for(i=0;i<NumByteToWrite;i++)SPI2_ReadWriteByte(pBuffer[i]);//循环写数  
  F_CS_H;//取消片选     
	W25QXX_Wait_Busy();//等待写入结束
} 

//无检验写SPI FLASH 
//必须确保所写的地址范围内的数据全部为0XFF,否则在非0XFF处写入的数据将失败!
//具有自动换页功能 
//在指定地址开始写入指定长度的数据,但是要确保地址不越界!
//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)
//CHECK OK
void W25QXX_Write_NoCheck(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite)   
{ 			 		 
	uint16_t pageremain;	   
	pageremain=256-WriteAddr%256; //单页剩余的字节数		 	    
	if(NumByteToWrite<=pageremain)pageremain=NumByteToWrite;//不大于256个字节
	while(1)
	{	   
		W25QXX_Write_Page(pBuffer,WriteAddr,pageremain);
		if(NumByteToWrite==pageremain)break;//写入结束了
	 	else //NumByteToWrite>pageremain
		{
			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;i<secremain;i++)//校验数据
		{
			if(W25QXX_BUFFER[secoff+i]!=0XFF)break;//需要擦除  	  
		}
		if(i<secremain)//需要擦除
		{
			W25QXX_Erase_Sector(secpos);//擦除这个扇区
			for(i=0;i<secremain;i++)//复制
			{
				W25QXX_BUFFER[i+secoff]=pBuffer[i];	  
			}
			W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUFFER,secpos*4096,4096);//写入整个扇区  

		}
    else W25QXX_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间. 				   
		if(NumByteToWrite==secremain)break;//写入结束了
		else//写入未结束
		{
			secpos++;//扇区地址增1
			secoff=0;//偏移位置为0 	 

	   	pBuffer+=secremain;  //指针偏移
			WriteAddr+=secremain;//写地址偏移	   
	   	NumByteToWrite-=secremain;//字节数递减
			if(NumByteToWrite>4096)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。