实战STM32：硬件SPI与模拟SPI读写W25Q64存储芯片

摘要

本文是一篇实战教程，指导读者如何在STM32微控制器上通过硬件SPI和模拟SPI实现对W25Q64存储芯片的读写操作。W25Q64是一款8Mbit的SPI Flash存储器，适用于需要非易失性存储的嵌入式系统。本文将深入讲解硬件连接、SPI配置、读写流程，并提供完整的代码实现。

1. 引言

SPI是一种广泛应用的串行通信协议，而W25Q64作为SPI存储器的代表，以其高可靠性和易用性在嵌入式领域中备受青睐。STM32通过硬件SPI或模拟SPI可以轻松实现与W25Q64的通信。

2. W25Q64特性概览

容量：8Mbit（1M字节）
组织：128个扇区，每个扇区包含16页，每页256字节
接口：SPI
擦写次数：100万次

3. 硬件连接指南

连接W25Q64至STM32需要以下步骤：

将CS（片选）连接至STM32 GPIO（例如PA4）
将SCK（时钟）连接至STM32 SPI SCK（例如PA5）
将MOSI（数据输出）连接至STM32 SPI MOSI（例如PA7）
将MISO（数据输入）连接至STM32 SPI MISO（例如PA6）
连接VCC至3.3V，GND至地

4. SPI接口配置

4.1 硬件SPI配置

硬件SPI配置包括时钟、数据大小、主从模式等参数的设置。

void SPI_Hardware_Init(void) {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI1, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_16;SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}

4.2 模拟SPI配置

模拟SPI通过直接操作GPIO引脚来模拟SPI通信。

void SPI_Software_Init(void) {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 输入上拉模式GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

5. W25Q64读写操作

5.1 W25Q64初始化

void W25Q64_Init(void) {SPI_Hardware_Init(); // 初始化硬件SPISPI_Software_Init(); // 初始化模拟SPI
}

5.2 读取W25Q64 ID

uint16_t W25Q64_ReadID(void) {uint16_t id = 0;SPI_CS_Low(); // 片选SPI_SendByte(0x90); // 发送读ID指令id = SPI_ReceiveByte() << 8; // 接收高字节id |= SPI_ReceiveByte(); // 接收低字节SPI_CS_High(); // 取消片选return id;
}

5.3 写入W25Q64

void W25Q64_WriteByte(uint32_t addr, uint8_t data) {SPI_CS_Low(); // 片选SPI_SendByte(0x02); // 发送页编程指令SPI_SendByte(addr >> 16); // 发送地址高字节SPI_SendByte(addr >> 8);  // 发送地址中字节SPI_SendByte(addr);       // 发送地址低字节SPI_SendByte(data);       // 发送数据SPI_CS_High(); // 取消片选// 等待写入完成...
}

5.4 从W25Q64读取数据

uint8_t W25Q64_ReadByte(uint32_t addr) {uint8_t data;SPI_CS_Low(); // 片选SPI_SendByte(0x03); // 发送读数据指令SPI_SendByte(addr >> 16); // 发送地址高字节SPI_SendByte(addr >> 8);  // 发送地址中字节SPI_SendByte(addr);       // 发送地址低字节data = SPI_ReceiveByte(); // 接收数据SPI_CS_High(); // 取消片选return data;
}

6. 完整示例代码

以下是STM32通过硬件SPI和模拟SPI读写W25Q64的完整示例代码。

int main(void) {// 系统初始化SystemInit();// 初始化W25Q64W25Q64_Init();// 读取W25Q64 IDuint16_t id = W25Q64_ReadID();printf("W25Q64 ID: 0x%X\r\n", id);// 硬件SPI写入测试数据uint32_t testAddr = 0x000000; // 测试地址uint8_t testData = 0xAA;      // 测试数据W25Q64_WriteByte(testAddr, testData); // 写入数据// 延迟一段时间，等待数据写入完成for (volatile int i = 0; i < 0x100000; i++);// 模拟SPI读取测试数据uint8_t readData = W25Q64_ReadByte(testAddr); // 读取数据if (readData == testData) {printf("Hardware SPI Write and Software SPI Read: PASSED\r\n");} else {printf("Hardware SPI Write and Software SPI Read: FAILED\r\n");}while(1) {// 其他应用代码}
}