STM32学习笔记（11_3）- 软件SPI读写W25Q64

无人问津也好，技不如人也罢，都应静下心来，去做该做的事。

最近在学STM32，所以也开贴记录一下主要内容，省的过目即忘。视频教程为江科大（改名江协科技），网站jiangxiekeji.com

本期学习另一个通信协议SPI，和I2C差不多，都是实现主控芯片和各种外挂芯片之间的数据交流。学习流程也是一样，先学习SPI协议的软硬件规定。先用软件模拟的SPl，实现读写这个W25Q64 Flash存储器，之后再学习STM32中的SPI外设，再用硬件SPI实现一样的功能。

W25Q64是一个flash存储器芯片，内部可存8M，并且掉电不丢失。

I2C可以在消耗最低硬件资源的情况下，实现最多的功能，但是时序复杂，通信速度慢（标准模式下100KHz）。高位先行，只有在SCL高电平时才会读取SDA的电平。

SPI传输速度快，最大传输速率取决于芯片厂商的设计，比如W25Q64，手册里写的SPI时钟频率，最大可达80MHz；其次设计简单，没有I2C那么复杂；最后，硬件开销比较大，占用的通信线多。高位先行，数据位的输入和输出都是在SCK的上升沿或下降沿进行的。

在SPI中通常采用指令码加读写数据的模型，即SPI的通信流程是起始后+第一个字节（指令码里面的指令）+读/写指令。在SPI从机的芯片手册上，都会定义好对应的指令集。

本期主要使用软件SPI读写W25Q64。

程序现象

用四根SPI通信线把W25Q64和STM32连接，STM32操作引脚电平，实现SPI通信时序，进而实现读写存储器芯片的目的。

第一行显示ID号，MID是厂商ID，读出来是0xEF；DID是设备ID，读出来是0x4017。ID号是手册固定的，我们用SPI读取ID号，就可以进行最简单的测试了。第二行W是写的内容，是4个字节，0x01、02、03、04。第三行是读的内容，也是0x01、02、03、04。写入和读出的数据一样，说明测试没什么问题。

软件SPI读写W25Q64

接线图

因为是软件模拟SPI，所以CS、CLK、DO、DI这四根是可以接到任意的GPIO口。

图中CS是接到PA4，DO从机输出接到PA6，CLK接到PA5，DI从机输入接到PA7。当然这里是接在了硬件SPI对应的四个引脚上，这样软件SPI和硬件SPI就能切换时无需重新接线了。

初始化步骤

先新建一个MySPI模块，主要包含通信引脚封装、初始化以及SPI通信的三块拼图（起始、终止、交换一个字节）；基于MySPI模块就可以再建一个W25Q64模块，调用SPI模块的三块拼图就能拼接各种指令和功能的完整时序。比如写使能、 擦除、页编程、 读数据等等，也叫驱动模块；最后在主函数里调用驱动函数来实现想要的功能即可。

1、MySPI模块的通信引脚封装、初始化

PA6为上拉输入，其他三个为推挽输出。

 

/*引脚配置层*//*** 函    数：SPI写SS引脚电平* 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SS的电平，范围0~1* 返 回 值：无* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SS为低电平，当BitValue为1时，需要置SS为高电平*/
void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);		//根据BitValue，设置SS引脚的电平
}/*** 函    数：SPI写SCK引脚电平* 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SCK的电平，范围0~1* 返 回 值：无* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SCK为低电平，当BitValue为1时，需要置SCK为高电平*/
void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue);		//根据BitValue，设置SCK引脚的电平
}/*** 函    数：SPI写MOSI引脚电平* 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入MOSI的电平，范围0~0xFF* 返 回 值：无* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置MOSI为低电平，当BitValue非0时，需要置MOSI为高电平*/
void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue);		//根据BitValue，设置MOSI引脚的电平，BitValue要实现非0即1的特性
}/*** 函    数：I2C读MISO引脚电平* 参    数：无* 返 回 值：协议层需要得到的当前MISO的电平，范围0~1* 注意事项：此函数需要用户实现内容，当前MISO为低电平时，返回0，当前MISO为高电平时，返回1*/
uint8_t MySPI_R_MISO(void)
{return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6);			//读取MISO电平并返回
}/*** 函    数：SPI初始化* 参    数：无* 返 回 值：无* 注意事项：此函数需要用户实现内容，实现SS、SCK、MOSI和MISO引脚的初始化*/
void MySPI_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA4、PA5和PA7引脚初始化为推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA6引脚初始化为上拉输入/*设置默认电平*/MySPI_W_SS(1);											//SS默认高电平MySPI_W_SCK(0);											//SCK默认低电平
}
2、MySPI模块的SPI通信的三块拼图
/*协议层*//*** 函    数：SPI起始* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void MySPI_Start(void)
{MySPI_W_SS(0);				//拉低SS，开始时序
}/*** 函    数：SPI终止* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void MySPI_Stop(void)
{MySPI_W_SS(1);				//拉高SS，终止时序
}/*** 函    数：SPI交换传输一个字节，使用SPI模式0* 参    数：ByteSend 要发送的一个字节* 返 回 值：接收的一个字节*/
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{uint8_t i, ByteReceive = 0x00;					//定义接收的数据，并赋初值0x00，此处必须赋初值0x00，后面会用到for (i = 0; i < 8; i ++)						//循环8次，依次交换每一位数据{MySPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80 >> i));		//使用掩码的方式取出ByteSend的指定一位数据并写入到MOSI线MySPI_W_SCK(1);								//拉高SCK，上升沿移出数据if (MySPI_R_MISO() == 1){ByteReceive |= (0x80 >> i);}	//读取MISO数据，并存储到Byte变量//当MISO为1时，置变量指定位为1，当MISO为0时，不做处理，指定位为默认的初值0MySPI_W_SCK(0);								//拉低SCK，下降沿移入数据}return ByteReceive;								//返回接收到的一个字节数据
}

3、W25Q64模块

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MySPI.h"
#include "W25Q64_Ins.h"/*** 函    数：W25Q64初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void W25Q64_Init(void)
{MySPI_Init();					//先初始化底层的SPI
}/*** 函    数：MPU6050读取ID号* 参    数：MID 工厂ID，使用输出参数的形式返回* 参    数：DID 设备ID，使用输出参数的形式返回* 返 回 值：无*/
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID)
{MySPI_Start();								//SPI起始MySPI_SwapByte(W25Q64_JEDEC_ID);			//交换发送读取ID的指令*MID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);	//交换接收MID，通过输出参数返回*DID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);	//交换接收DID高8位*DID <<= 8;									//高8位移到高位*DID |= MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);	//或上交换接收DID的低8位，通过输出参数返回MySPI_Stop();								//SPI终止
}/*** 函    数：W25Q64写使能* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void W25Q64_WriteEnable(void)
{MySPI_Start();								//SPI起始MySPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE);		//交换发送写使能的指令MySPI_Stop();								//SPI终止
}/*** 函    数：W25Q64等待忙* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void W25Q64_WaitBusy(void)
{uint32_t Timeout;MySPI_Start();								//SPI起始MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1);				//交换发送读状态寄存器1的指令Timeout = 100000;							//给定超时计数时间while ((MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE) & 0x01) == 0x01)	//循环等待忙标志位{Timeout --;								//等待时，计数值自减if (Timeout == 0)						//自减到0后，等待超时{/*超时的错误处理代码，可以添加到此处*/break;								//跳出等待，不等了}}MySPI_Stop();								//SPI终止
}/*** 函    数：W25Q64页编程* 参    数：Address 页编程的起始地址，范围：0x000000~0x7FFFFF* 参    数：DataArray	用于写入数据的数组* 参    数：Count 要写入数据的数量，范围：0~256* 返 回 值：无* 注意事项：写入的地址范围不能跨页*/
void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Count)
{uint16_t i;W25Q64_WriteEnable();						//写使能MySPI_Start();								//SPI起始MySPI_SwapByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM);		//交换发送页编程的指令MySPI_SwapByte(Address >> 16);				//交换发送地址23~16位MySPI_SwapByte(Address >> 8);				//交换发送地址15~8位MySPI_SwapByte(Address);					//交换发送地址7~0位for (i = 0; i < Count; i ++)				//循环Count次{MySPI_SwapByte(DataArray[i]);			//依次在起始地址后写入数据}MySPI_Stop();								//SPI终止W25Q64_WaitBusy();							//等待忙
}/*** 函    数：W25Q64扇区擦除（4KB）* 参    数：Address 指定扇区的地址，范围：0x000000~0x7FFFFF* 返 回 值：无*/
void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address)
{W25Q64_WriteEnable();						//写使能MySPI_Start();								//SPI起始MySPI_SwapByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB);	//交换发送扇区擦除的指令MySPI_SwapByte(Address >> 16);				//交换发送地址23~16位MySPI_SwapByte(Address >> 8);				//交换发送地址15~8位MySPI_SwapByte(Address);					//交换发送地址7~0位MySPI_Stop();								//SPI终止W25Q64_WaitBusy();							//等待忙
}/*** 函    数：W25Q64读取数据* 参    数：Address 读取数据的起始地址，范围：0x000000~0x7FFFFF* 参    数：DataArray 用于接收读取数据的数组，通过输出参数返回* 参    数：Count 要读取数据的数量，范围：0~0x800000* 返 回 值：无*/
void W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count)
{uint32_t i;MySPI_Start();								//SPI起始MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_DATA);			//交换发送读取数据的指令MySPI_SwapByte(Address >> 16);				//交换发送地址23~16位MySPI_SwapByte(Address >> 8);				//交换发送地址15~8位MySPI_SwapByte(Address);					//交换发送地址7~0位for (i = 0; i < Count; i ++)				//循环Count次{DataArray[i] = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);	//依次在起始地址后读取数据}MySPI_Stop();								//SPI终止
}

最后在main函数里调用以上函数即可。

硬件SPI读写W25Q64

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