STM32CubeMx之硬件SPI驅(qū)動W25Q64

1.SPI簡介

SPI是串行外設(shè)接口（Serial Peripheral Interface）的縮寫，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議。
SPI：高速同步串行口。是一種標準的四線同步雙向串行總線，是串行外圍設(shè)備接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應(yīng)用在 EEPROM，F(xiàn)LASH，實時時鐘，AD轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號處理器和數(shù)字信號解碼器之間。
該接口一般使用4條線：串行時鐘線（SCLK）、主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機選擇線SS（有的SPI接口芯片帶有中斷信號線INT、有的SPI接口芯片沒有主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI）。
SPI根據(jù)時鐘極性(CPOL)和時鐘相位(CPHA)的不同，能夠產(chǎn)生4時鐘時序。時鐘極性(CPOL)控制時鐘線空閑電平狀態(tài)，時鐘相位(CPHA)用來控制數(shù)據(jù)采樣極性。
模式0：CPOL=0,CPHA=0

??時鐘線空閑電平為低電平，第一個邊沿采樣數(shù)據(jù)，第二個邊沿發(fā)送數(shù)據(jù)；

模式1：CPOL=0,CPHA=1
??時鐘線空閑電平為低電平，第一個邊沿發(fā)送數(shù)據(jù)，第二個邊沿采樣數(shù)據(jù)；

模式2：CPOL=1,CPHA=0
??時鐘線空閑電平為高電平，第一個邊沿采樣數(shù)據(jù)，第二個邊沿發(fā)送數(shù)據(jù)；

模式3：CPOL=1,CPHA=1
??時鐘線空閑電平為高電平，第一個邊沿發(fā)送數(shù)據(jù)，第二個邊沿采樣數(shù)據(jù)；

2 硬件接口

• CPU：STM32F103ZE
• 屏幕：3.5寸TFTLCD屏
• Flash： W25Q64(SPI方式)
• 軟件平臺： STM32CubeMx

2.1 W25Q64簡介

W25Q64(64M-bit)，W25Q16(16M-bit)和W25Q32(32M-bit)是為系統(tǒng)提供一個最小的空間、引腳和功耗的存儲器解決方案的串行Flash存儲器。25Q系列比普通的串行Flash存儲器更靈活，性能更優(yōu)越?；陔p倍/四倍的SPI，它們能夠可以立即完成提供數(shù)據(jù)給RAM，包括存儲聲音、文本和數(shù)據(jù)。芯片支持的工作電壓2.7V到3.6V，正常工作時電流小于5mA，掉電時低于1uA。所有芯片提供標準的封裝。
W25Q64/16/32由每頁256字節(jié)組成。每頁的256字節(jié)用一次頁編程指令即可完成。每次可以擦除16頁(1個扇區(qū))、128 頁(32KB塊)、256頁(64KB塊)和全片擦除。
W25Q64的內(nèi)存空間結(jié)構(gòu)：一頁256字節(jié)，4K(4096字節(jié))為一個扇區(qū)，16個扇區(qū)為1塊，容量為8M字節(jié),共有128個塊,2048個扇區(qū)。
W25Q64可擦寫周期至少10萬次，數(shù)據(jù)保存20年。
W25Q64驅(qū)動方式為SPI，支持SPI總線的工作模式0(0，0)和3( 1，1)。模式0和模式3。

2.2 硬件接口

2.3 軟件設(shè)置

SPI2配置:

NSS引腳配置：

3 代碼生成

3.1 SPI初始化

??SPI配置信息可參考STM32中文參考手冊第23.5.1SPI控制寄存器小結(jié)。

3.2 SPI讀寫一字節(jié)函數(shù)

uint8_t SPI2_WROneByte(uint8_t data)
{
	uint8_t dat_rx=0;
	HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi2,&data,&dat_rx,1,100);
	return dat_rx;
}

3.3 W25Q64 編程

3.3.1 讀取W25Q64制造商/芯片ID

/*獲取W25Q64設(shè)備ID*/
uint16_t W25Q64_GetDeviceID(void)
{
	uint16_t id;
	W25Q64_CS(0);//選中W25Q64
	SPI2_WROneByte(0x90);//發(fā)送指令0x90
	//發(fā)送24位地址
	SPI2_WROneByte(0);
	SPI2_WROneByte(0);
	SPI2_WROneByte(0);
	id=SPI2_WROneByte(0xff);//制造商ID:0xef
	id<<=8;
	id|=SPI2_WROneByte(0xff);//設(shè)備ID:0x16
	W25Q64_CS(1);//取消選中
	return id;
}

3.3.2 W25Q64頁編程0x02

頁編程指令允許從一個字節(jié)到256字節(jié)的數(shù)據(jù)編程(一頁)(編程之前必須保證內(nèi)存空間是 0XFF)。允許寫入指令之前,必須先發(fā)送設(shè)備寫使能指令。寫使能開啟后，設(shè)備才能接收編程指令。開啟頁編程先拉底/ CS， 然后發(fā)送指令代碼“02 h”，接著發(fā)送一個 24 位地址(A23-A0)(發(fā)送3次，每次 8 位) 和至少一個數(shù)據(jù)字節(jié)(數(shù)據(jù)字節(jié)不能超過256字節(jié))。數(shù)據(jù)字節(jié)發(fā)送完畢，需要拉高片選線 CS/，并判斷狀態(tài)位，等待寫入結(jié)束。
進行頁編程時，如果數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)超過了256字節(jié)，地址將自動回到頁的起始地址，覆蓋掉之前的數(shù)據(jù)。在某些情況下,數(shù)據(jù)字節(jié)小于256字節(jié)(同一頁內(nèi))， 也可以正常對其他字節(jié)存放，不會有任何影響。如果存放超過256字節(jié)的數(shù)據(jù)，需要分次編程存放。
3.3.3 W25Q64讀數(shù)據(jù)0x03

讀取數(shù)據(jù)指令允許按順序讀取一個字節(jié)的內(nèi)存數(shù)據(jù)。當片選CS/拉低之后， 緊隨其后是一個24位的地址(A23-A0)(需要發(fā)送3次，每次8個字節(jié)，先發(fā)高位)。芯片收到地址后，將要讀的數(shù)據(jù)按字節(jié)大小轉(zhuǎn)移出去，數(shù)據(jù)是先轉(zhuǎn)移高位，對于單片機，時鐘下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)，上升沿接收數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)時，地址會自動增加，允許連續(xù)的讀取數(shù)據(jù)。這意味著讀取整個內(nèi)存的數(shù)據(jù),只要用一個指令就可以讀完。數(shù)據(jù)讀取完成之后，片選信號/ CS 拉高。讀取數(shù)據(jù)的指令序列,如上圖所示。如果一個讀數(shù)據(jù)指令而發(fā)出的時候，設(shè)備正在擦除扇區(qū),或者(忙= 1)，該讀指令將被忽略,也不會對當前周期有什么影響。

3.3.4 扇區(qū)擦除0x20

扇區(qū)擦除指令可以擦除指定一個扇區(qū)(4 k字節(jié))內(nèi)所有數(shù)據(jù)，將內(nèi)存空間恢復(fù)到 0xFF 狀態(tài)。寫入扇區(qū)擦除指令之前必須執(zhí)行設(shè)備寫使能(發(fā)送設(shè)備寫使能指令 0x06)，并判斷狀態(tài)寄存器(狀態(tài)寄存器位最低位必須等于0才能操作)。發(fā)送的扇區(qū)擦除指令前，先拉低/ CS， 接著發(fā)送扇區(qū)擦除指令碼”20 h”，和24位地址(A23-A0)，地址發(fā)送完畢后，拉高片選線 CS/，并判斷狀態(tài)位，等待擦除結(jié)束。擦除一個扇區(qū)的最少需要 150ms 時間。
3.3.5 讀狀態(tài)0x05和0x35

讀取狀態(tài)寄存器的指令是8位的指令。發(fā)送指令之前，先將/ CS 拉低，再發(fā)送指令碼“05 h”或者“35h”。設(shè)備收到讀取狀態(tài)寄存器的指令后，將狀態(tài)信息(高位)依次移位發(fā)送出去，讀出的狀態(tài)信息，最低位為1代表忙，最低位為0代表可以操作，狀態(tài)信息讀取完畢，將片選線拉高。
讀狀態(tài)寄存器指令可以使用在任何時候，即使程序在擦除的過程中或者寫狀態(tài)寄存器周期正在進行中。這可以檢測忙碌狀態(tài)來確定周期是否完成，以確定設(shè)備是否可以接受另一個指令。

3.3.6 W25Q64指令表

4 主函數(shù)

  MX_GPIO_Init();
  MX_FSMC_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_SPI2_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
char buff[200];
char buff_tx[]="HAL庫配置SPI硬件時序驅(qū)動W25Q64S數(shù)據(jù)讀寫測試 -- Ver1.0";
char buf_rx[100];
NT35310_Init();//LCD初始化
LCD_Display_Str(LCD_WIDTH/2-strlen("W25Q64初始化")/2*8,20,16,(u8 *)"W25Q64初始化",BLACK);
LCD_Display_Str(20,40,16,(u8 *)"W25Q64 OK",RED);
uint16_t id=W25Q64_GetDeviceID();
snprintf(buff,sizeof(buff),"ID信息：%#x",id);
LCD_Display_Str(20,60,16,(u8 *)buff,RED);
LCD_Display_Str(LCD_WIDTH/2-strlen("W25Q64讀寫測試")/2*8,90,16,(u8 *)"W25Q64讀寫測試",BLACK);
W25Q64_WriteData(100,buf_tx,sizeof(buf_tx));
W25Q64_ReadData(100,buf_rx,sizeof(buf_tx));
LCD_Display_Str(20,120,16,(u8 *)"W25Q64寫數(shù)據(jù)：OK",RED);
LCD_Display_Str(20,140,16,(u8 *)"W25Q64讀數(shù)據(jù)：OK",RED);
LCD_Display_Str(20,160,16,(u8 *)"數(shù)據(jù)內(nèi)容：",RED);
LCD_Display_Str(20,180,16,(u8 *)buf_rx,BLUE);
while(1)
{
}