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目录
一、SPI介绍
二、SPI接口框图
三、SPI优缺点
四、SPI工作原理总结
五、时序图
六、SPI程序编写过程
七、W25Q12xx的原理及应用
7.1 分析W25Q128指令
7.2 擦除扇区：
7.3 部分常用设备读取指令：
一、SPI介绍
SPI 是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。
正是简单易用的特性，如NRF24L01、VS1053、SD卡等皆集成了这种通信协议
二、SPI接口框图
三、SPI优缺点
SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，低位在前，高位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比I2C总线要快，速度可达到几Mbps。
信号线少，协议简单，相对数据速率高。
缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据
四、SPI工作原理总结
硬件上为4根线。主机和从机都有一个串行移位寄存器，主机通过向它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。串行移位寄存器通过MOSI信号线将字节传送给从机，从机也将自己的串行移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机。这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。外设的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。
多个设备使用SPI的应用举例
五、时序图
时序为 SPI_CR1 寄存器中的 LSBFIRST 位复位时的时序
SPI_CPHA的值将会影响SPI_CPOL的值
六、SPI程序编写过程
//①使能SPIx和IO口时钟
RCC_AHBxPeriphClockCmd() / RCC_APBxPeriphClockCmd();
//②初始化IO口为复用功能
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);
//③设置引脚复用映射：
GPIO_PinAFConfig();
//②初始化SPIx,设置SPIx工作模式
void SPI_Init(SPI_TypeDef* SPIx, SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct);
//③使能SPIx
void SPI_Cmd(SPI_TypeDef* SPIx, FunctionalState NewState);
//④SPI传输数据
void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data);
uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx) ;
//⑦查看SPI传输状态
SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE);
SPI.c:
#include "spi.h"
//以下是SPI模块的初始化代码，配置成主机模式
//SPI口初始化
//这里针是对SPI1的初始化
void SPI1_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOB时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);//使能SPI1时钟
//GPIOFB3,4,5初始化设置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5;//PB3~5复用功能输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_SPI1); //PB3复用为 SPI1
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource4,GPIO_AF_SPI1); //PB4复用为 SPI1
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1); //PB5复用为 SPI1
//这里只针对SPI口初始化
RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);//复位SPI1
RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,DISABLE);//停止复位SPI1
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //设置SPI工作模式:设置为主SPI
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; //串行同步时钟的空闲状态为高电平
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值计算的多项式
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure); //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设
SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输
}
//SPI1速度设置函数
//SPI速度=fAPB2/分频系数
//@ref SPI_BaudRate_Prescaler:SPI_BaudRatePrescaler_2~SPI_BaudRatePrescaler_256
//fAPB2时钟一般为84Mhz：
void SPI1_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{
assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));//判断有效性
SPI1->CR1&=0XFFC7;//位3-5清零，用来设置波特率
SPI1->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler; //设置SPI1速度
SPI_Cmd(SPI1,ENABLE); //使能SPI1
}
//SPI1 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData)
{
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET){}//等待发送区空
SPI_I2S_SendData(SPI1, TxData); //通过外设SPIx发送一个byte 数据
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET){} //等待接收完一个byte
return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); //返回通过SPIx最近接收的数据
}
七、W25Q12xx的原理及应用
W25Q128将16M的容量分为256个块（Block),每个块大小为64K字节，每个块又分为16个扇区（Sector),每个扇区4K个字节。W25Q128的最小擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除4K个字节。这样我们需要给W25Q128开辟一个至少4K的缓存区，这样对SRAM要求比较高，要求芯片必须有4K以上SRAM才能很好的操作。
W25Q128的擦写周期多达10W次，具有20年的数据保存期限，支持电压为2.7~3.6V,W25Q128支持标准的SPI,还支持双输出/四输出的SPI,最大SPI时钟可以到80Mhz(双输出时相当于160Mhz,四输出时相当于320M),更多的W25Q128的介绍，请参考W25Q128的DATASHEET。
W25Q12xx可根据原理图查看，使用的是SPI总线通信协议
比如原子的原理图
7.1 分析W25Q128指令
可参考W25Qxx的数据手册，这里列出W25Q128部分指令：
比如读取设备的ID的指令：0x90000000
7.2 擦除扇区：
7.3 部分常用设备读取指令：
0x90FFFFFF 读取厂商ID 0x20xxxxxx 擦除扇区地址 0x05FFFFFF 读取flash状态 0x02|addr|data 写入数据0x03读取数据
每次操作前要使能写操作，且给一个低电平。结束时要给其为高电平，再失能写操作。也就是通过操作片选引脚来确定是否使能或失能。
W25Q12xx.c:
#include "w25qxx.h"
#include "spi.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
u16 W25QXX_TYPE=W25Q128; //默认是W25Q128
//4Kbytes为一个Sector
//16个扇区为1个Block
//W25Q128
//容量为16M字节,共有128个Block,4096个Sector
//初始化SPI FLASH的IO口
void W25QXX_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOB时钟
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOG, ENABLE);//使能GPIOG时钟
//GPIOB14
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;//PB14
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//输出
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;//PG7
GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);//初始化
GPIO_SetBits(GPIOG,GPIO_Pin_7);//PG7输出1,防止NRF干扰SPI FLASH的通信
W25QXX_CS=1; //SPI FLASH不选中
SPI1_Init(); //初始化SPI
SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_2); //设置为42M时钟,高速模式
W25QXX_TYPE=W25QXX_ReadID(); //读取FLASH ID.
}
//读取W25QXX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
u8 W25QXX_ReadSR(void)
{
u8 byte=0;
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReadStatusReg); //发送读取状态寄存器命令
byte=SPI1_ReadWriteByte(0Xff); //读取一个字节
W25QXX_CS=1; //取消片选
return byte;
}
//写W25QXX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(u8 sr)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteStatusReg); //发送写取状态寄存器命令
SPI1_ReadWriteByte(sr); //写入一个字节
W25QXX_CS=1; //取消片选
}
//W25QXX写使能
//将WEL置位
void W25QXX_Write_Enable(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable); //发送写使能
W25QXX_CS=1; //取消片选
}
//W25QXX写禁止
//将WEL清零
void W25QXX_Write_Disable(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable); //发送写禁止指令
W25QXX_CS=1; //取消片选
}
//读取芯片ID
//返回值如下:
//0XEF13,表示芯片型号为W25Q80
//0XEF14,表示芯片型号为W25Q16
//0XEF15,表示芯片型号为W25Q32
//0XEF16,表示芯片型号为W25Q64
//0XEF17,表示芯片型号为W25Q128
u16 W25QXX_ReadID(void)
{
u16 Temp = 0;
W25QXX_CS=0;
SPI1_ReadWriteByte(0x90);//发送读取ID命令
SPI1_ReadWriteByte(0x00);
SPI1_ReadWriteByte(0x00);
SPI1_ReadWriteByte(0x00);
Temp|=SPI1_ReadWriteByte(0xFF)16)); //发送24bit地址
SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>8));
SPI1_ReadWriteByte((u8)ReadAddr);
for(i=0;i>16)); //发送24bit地址
SPI1_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>8));
SPI1_ReadWriteByte((u8)WriteAddr);
for(i=0;i256)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)
u8 W25QXX_BUFFER[4096];
void W25QXX_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{
u32 secpos;
u16 secoff;
u16 secremain;
u16 i;
u8 * W25QXX_BUF;
W25QXX_BUF=W25QXX_BUFFER;
secpos=WriteAddr/4096;//扇区地址
secoff=WriteAddr%4096;//在扇区内的偏移
secremain=4096-secoff;//扇区剩余空间大小
//printf("ad:%X,nb:%X\r\n",WriteAddr,NumByteToWrite);//测试用
if(NumByteToWrite>8));
SPI1_ReadWriteByte((u8)Dst_Addr);
W25QXX_CS=1; //取消片选
W25QXX_Wait_Busy(); //等待擦除完成
}
//等待空闲
void W25QXX_Wait_Busy(void)
{
while((W25QXX_ReadSR()&0x01)==0x01); // 等待BUSY位清空
}
//进入掉电模式
void W25QXX_PowerDown(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_PowerDown); //发送掉电命令
W25QXX_CS=1; //取消片选
delay_us(3); //等待TPD
}
//唤醒
void W25QXX_WAKEUP(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReleasePowerDown); // send W25X_PowerDown command 0xAB
W25QXX_CS=1; //取消片选
delay_us(3); //等待TRES1
}
W25Q12xx.h：
#ifndef __W25QXX_H
#define __W25QXX_H
#include "sys.h"
//W25X系列/Q系列芯片列表
//W25Q80 ID 0XEF13
//W25Q16 ID 0XEF14
//W25Q32 ID 0XEF15
//W25Q64 ID 0XEF16
//W25Q128 ID 0XEF17
#define W25Q80 0XEF13
#define W25Q16 0XEF14
#define W25Q32 0XEF15
#define W25Q64 0XEF16
#define W25Q128 0XEF17
extern u16 W25QXX_TYPE; //定义W25QXX芯片型号
#define W25QXX_CS PBout(14) //W25QXX的片选信号
//
//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
void W25QXX_Init(void);
u16 W25QXX_ReadID(void); //读取FLASH ID
u8 W25QXX_ReadSR(void); //读取状态寄存器
void W25QXX_Write_SR(u8 sr); //写状态寄存器
void W25QXX_Write_Enable(void); //写使能
void W25QXX_Write_Disable(void); //写保护
void W25QXX_Write_NoCheck(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite);
void W25QXX_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead); //读取flash
void W25QXX_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite);//写入flash
void W25QXX_Erase_Chip(void); //整片擦除
void W25QXX_Erase_Sector(u32 Dst_Addr); //扇区擦除
void W25QXX_Wait_Busy(void); //等待空闲
void W25QXX_PowerDown(void); //进入掉电模式
void W25QXX_WAKEUP(void); //唤醒
#endif
main.c:
main.c:
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "lcd.h"
#include "spi.h"
#include "w25qxx.h"
#include "key.h"
//要写入到W25Q16的字符串数组
const u8 TEXT_Buffer[]={"Explorer STM32F4 SPI TEST"};
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)
int main(void)
{
u8 key;
u16 i=0;
u8 datatemp[SIZE];
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
delay_init(168); //初始化延时函数
uart_init(115200); //初始化串口波特率为115200
LED_Init(); //初始化LED
KEY_Init(); //按键初始化
W25QXX_Init(); //W25QXX初始化
while(W25QXX_ReadID()!=W25Q128) //检测不到W25Q128
{
printf("W25Q128 Check Failed!");
delay_ms(500);
printf("Please Check! ");
delay_ms(500);
LED0=!LED0; //DS0闪烁
}
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);
if(key==KEY1_PRES)//KEY1按下,写入24C02
{
printf("Start Write W25Q128....");
//从倒数第100个地址处开始,写入SIZE长度的数据
W25QXX_Write((u8*)TEXT_Buffer,FLASH_SIZE-100,SIZE);
printf("W25Q128 Write Finished!"); //提示传送完成
}
if(key==KEY0_PRES)//KEY0按下,读取字符串并显示
{
printf("Start Read W25Q128.... ");
//从倒数第100个地址处开始,读出SIZE个字节
W25QXX_Read(datatemp,FLASH_SIZE-100,SIZE);
printf("The Data Readed Is: \r\n ");//提示传送完成
printf("%s\r\n ",datatemp);
}
}
}
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