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SPI通信读取W25Q64

2023-05-24 125
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简介： 参考自野火STM32教程

SPI通信协议

主机与从机之间主要通过四根线连接：

片选线：NSS、CS，主机选择从机时，把该信号线置低电平开始，置高电平结束通信

SCK：时钟信号线，由主机产生，决定通讯速率

MOSI：主设备输出/从设备输入引脚，该线上的数据方向为主机到从机

MISO：主输入/从输出引脚，数据方向为从机到主机

image.png

SPI通信时序

只有MISO信号是从机产生，其余都是主机产生，MOSI与MISO数据的输入输出是同时进行的，使用SCK进行同步

一般采用图中MSB先行（高位先行）的模式 每次传输单位数不限制，8位16位均可

image.png

①起始信号：从机的片选线被置为低电平，主机与该从机通信

②传输信号：在时钟信号线上升沿时，主机与从机将数据放在信号线上，置0或1

③信号收集：在时钟信号线下降沿时，主机与从机采集收到的信号

⑥结束信号：片选线被置为高电平，通信结束


CPOL/CPHA及通讯模式

SPI共有四种通讯模式，区别在于总线空闲时SCK的时钟状态及数据采样时刻

CPOL：时钟极性，指SPI开始通信前，NSS线为高电平时SCK的状态，CPOL=0时，SCK为低电平，CPOL=1时，SCK为高电平

CPHA：时钟相位：指数据采样的时刻，CPHA=0时，数据的信号在SCK的奇数边沿被采样，CPHA=1时，在SCK的偶数边沿被采样

下图为奇数边沿采样的时序图，CPOL=0 的时候，时钟的奇数边沿是上升沿，而 CPOL=1 的时候，时钟的奇数边沿是下降沿

image.png

下图为偶数边沿采样的时序图

image.png

主机与从机需要工作在相同的模式下才可以正常通讯，实际中采用较多的是模式0和3，都是SCK上升沿时被采样

image.png


SPI架构

image.png

SPI1位于APB2上，最高速率36M，其余在APB1上，最高18M

image.png

SCK时钟分频（CR寄存器中的BR位）fpclk指APB1/2总线的频率

image.png

通过写 SPI 的“数据寄存器 DR”把数 据填充到发送缓冲区中，通讯读“数据寄存器 DR”，可以获取接收缓冲区中的内容。

其中数据帧 长度可以通过“控制寄存器 CR1”的“DFF 位”配置成 8 位及 16 位模式；

配置“LSBFIRST 位” 可选择 MSB 先行还是 LSB 先行。

我们一般不使用SPI 外设的标准 NSS 信号线，而是使用普通的 GPIO，软件控制它的电平输出，从而产生通讯起始和停止信号


主机端收发数据时序：

image.png

若使能了 TXE 或 RXNE 中断，TXE 或 RXNE 置 1 时会产生 SPI 中断信号，在中断中进行判断和处理，也可以使用DMA方式来收发

image.png

SPI初始化结构体：

image.png

W25Qxx.c

//PA4----SPI1_NSS
//PA5----SPI1_SCK
//PA6----SPI1_MISO
//PA7----SPI1_MOSI
/************************************************************
 *函数功能：初始化配置引脚及SPI功能结构体
 *参数：
 *返回值：
**************************************************************/
void My_SPI2_Init()
{
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
  SPI_CS_High();
  SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
  SPI_InitStructure.SPI_CPHA=SPI_CPHA_2Edge;//1  这里是模式3
  SPI_InitStructure.SPI_CPOL=SPI_CPOL_High;//1
  SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler=SPI_BaudRatePrescaler_2;//2分频
  SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial=7;
  SPI_InitStructure.SPI_DataSize=SPI_DataSize_8b;//数据帧8位
  SPI_InitStructure.SPI_Direction=SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;//双线全双工模式
  SPI_InitStructure.SPI_FirstBit=SPI_FirstBit_MSB;//高位先行模式
  SPI_InitStructure.SPI_Mode=SPI_Mode_Master;//主机模式
  SPI_InitStructure.SPI_NSS=SPI_NSS_Soft;//软件控制片选
  SPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure);
  SPI_Cmd(SPI1,ENABLE);
}
/************************************************************
 *函数功能：发送一个字节
 *参数：要发送的字节
 *返回值：接收到的字节
**************************************************************/
uint8_t SPI_SendByte(uint8_t Byte)
{
  uint32_t i=1000;
  while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_TXE)==RESET)//发送空标志位置1
  {
    if((i--)==0){
    Serial_Printf("\r\n send error\r\n");
    return 0;
    }
  }
  SPI_I2S_SendData(SPI1,Byte);
  i=1000;
  while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_RXNE)==RESET)//接收缓冲区非空置1
  {
    if((i--)==0){
    Serial_Printf("\r\n receive error\r\n");
    return 0;
    }
  }
  SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}
/************************************************************
 *函数功能：接收数据
 *参数：
 *返回值：接收到的数据
**************************************************************/
uint8_t SPI_ReadByte()
{
  return (SPI_SendByte(DafutVal));
}
/************************************************************
 *函数功能：读取flash id
 *参数：
 *返回值：
**************************************************************/
uint32_t  SPI_ReadFlashID()
{
  uint32_t temp1=0,temp2=0,temp3=0,ID=0;
  SPI_CS_Low();
  SPI_SendByte(W25X_JedecDeviceID);//发送读取ID指令
  temp1=SPI_ReadByte();
  temp2=SPI_ReadByte();
  temp3=SPI_ReadByte();
  SPI_CS_High();
  ID=(temp1<<16)|(temp2<<8)|temp3;
  return ID;
}
/************************************************************
 *函数功能：芯片写使能
 *参数：
 *返回值：
**************************************************************/
void SPI_W25QXX_WriteEnable()
{
  SPI_CS_Low();
  SPI_SendByte(W25X_WriteEnable);
  SPI_CS_High();
}
/************************************************************
 *函数功能：等待上一次写操作完成
 *参数：
 *返回值：
**************************************************************/
void SPI_W25Q64XX_WaitWriteEnd()
{
  uint8_t Status=0;
  SPI_CS_Low();
  SPI_SendByte(W25X_ReadStatusReg);
  Status=SPI_ReadByte();
  while((Status&0x01)==SET)//最低位判断忙碌位
  {
    Status=SPI_ReadByte();
  }
  SPI_CS_High();
}
/************************************************************
 *函数功能：擦除FLSH指定扇区
 *参数：扇区地址
 *返回值：
**************************************************************/
void SPI_Erase_Sector(uint32_t addr)
{
  SPI_W25QXX_WriteEnable();
  SPI_W25Q64XX_WaitWriteEnd();
  SPI_CS_Low();
  SPI_SendByte(W25X_SectorErase);//发送擦除扇区指令
  SPI_SendByte((addr>>16)&0xFF);//高位地址先发送
  SPI_SendByte((addr>>8)&0xFF);
  SPI_SendByte(addr&0xFF);
  SPI_CS_High();
  SPI_W25Q64XX_WaitWriteEnd();
}
/************************************************************
 *函数功能：读取FLSH内容
 *参数：地址,缓存数组，读取个数
 *返回值：
**************************************************************/
void SPI_Read_Data(uint32_t addr,uint8_t *receiveBuff,uint32_t length)
{
  SPI_CS_Low();
  SPI_SendByte(W25X_ReadData);//发送读取指令
  SPI_SendByte((addr>>16)&0xFF);//发送读取地址
  SPI_SendByte((addr>>8)&0xFF);
  SPI_SendByte(addr&0xFF);
  while(length--)
  {
    *receiveBuff=SPI_ReadByte();
    receiveBuff++;
  }
  SPI_CS_High();
}
/************************************************************
 *函数功能：写入FLSH内容   
 *参数：地址,写入数组，写入个数(最多支持写入256个字节)
 *返回值：
**************************************************************/
void SPI_Write_Data(uint32_t addr,uint8_t *writeBuff,uint32_t length)
{
  SPI_W25QXX_WriteEnable();
  SPI_CS_Low();
  SPI_SendByte(W25X_PageProgram);//发送读取指令
  SPI_SendByte((addr>>16)&0xFF);//发送读取地址
  SPI_SendByte((addr>>8)&0xFF);
  SPI_SendByte(addr&0xFF);
  while(length--)
  {
    SPI_SendByte(*writeBuff);
    writeBuff++;
  }
  SPI_CS_High();
  SPI_W25Q64XX_WaitWriteEnd();
}
/************************************************************
 *函数功能：读取Flash 的Deveice ID
 *参数：
 *返回值：
**************************************************************/
uint32_t SPI_ReadDeviceID()
{
  uint32_t temp=0;
  SPI_CS_Low();
  SPI_SendByte(W25X_DeviceID);
  SPI_ReadByte();
  SPI_ReadByte();
  SPI_ReadByte();
  temp=SPI_ReadByte();
  SPI_CS_High();
  return temp;
}
/************************************************************
 *函数功能：进入掉电模式
 *参数：
 *返回值：
**************************************************************/
void SPI_W25QXX_PowerDown()
{
  SPI_CS_Low();
  SPI_SendByte(W25X_PowerDown);
  SPI_CS_High();
}
/************************************************************
 *函数功能：唤醒
 *参数：
 *返回值：
**************************************************************/
void SPI_W25QXX_WakeUP()
{
  SPI_CS_Low();
  SPI_SendByte(W25X_ReleasePowerDown);
  SPI_CS_High();
}

W25Qxx.h

#ifndef __W25QXX_H_
#define __W25QXX_H_
#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//写入 
#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
#define DafutVal0x00
#define SPI_CS_High()GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4)
#define SPI_CS_Low()GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4)
void My_SPI2_Init(void);
uint8_t SPI_SendByte(uint8_t Byte);
uint8_t SPI_ReadByte(void);
void SPI_W25QXX_PowerDown(void);
void SPI_W25QXX_WakeUP(void);
uint32_t  SPI_ReadFlashID(void);
uint32_t SPI_ReadDeviceID(void);
void SPI_Erase_Sector(uint32_t addr);
void SPI_W25Q64XX_WaitWriteEnd(void);
void SPI_Read_Data(uint32_t addr,uint8_t *receiveBuff,uint32_t length);
void SPI_Write_Data(uint32_t addr,uint8_t *writeBuff,uint32_t length);
#endif

main.c

uint8_t ReadBuf[4096];//扇区擦除是擦除4096个字节
uint8_t WriteBuf[256];
int main(void)
{
  uint32_t ID;
  uint16_t i;
  OLED_Init();
  Serial_Init();
  My_SPI2_Init();
  Serial_Printf("\r\n SPI_Flash测试\r\n");
  //读取ID
  ID=SPI_ReadFlashID();
  Serial_Printf("\r\n FLASH ID:0x%x",ID);
  OLED_ShowHexNum(1,1,ID,6);
  //从0地址开始扇区擦除
  SPI_Erase_Sector(0);
  //从0地址写入测试
  for(i=0;i<25;i++)
  {
    WriteBuf[i]=i;
  }
  SPI_Write_Data(0,WriteBuf,25);
  //从0地址读取测试
  SPI_Read_Data(0,ReadBuf,4096);//读取擦除后的扇区
  for(i=0;i<4096;i++)
  {
    Serial_Printf("0x%x ",ReadBuf[i]);
    if(i%10==0)
    {
    Serial_Printf("\r\n");
    }
  }
  while(1)
  {
  }
}


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