STM32F103标准库开发—SPI实验----基本原理
STM32F103标准库开发—SPI实验----底层驱动程序

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一、W25Qxx系列芯片----简介

W25Qxx 系列 Flash 存储器可以为用户提供存储解决方案。擦写周期多达10W次，可将数据保存达20年之久，支持2.7~3.6V的电压，支持标准的SPI，还支持双输出/四输出的SPI，最大SPI时钟可达80Mhz。
W25Qxx 系列 Flash 存储器是为系统提供一个最小空间、最少引脚，最低功耗的串行Flash存储器，比普通的串行Flash存储器更灵活，性能更优越。
功耗低，正常工作状态下电流消耗0.5mA，掉电状态下电流消耗1uA。

1. 存储结构

W25Qxx 系列 Flash 存储器的存储结构
相同点：

• 1块 = 16扇区 = 64k字节，1扇区 = 16页 = 4k字节，1页 = 256字节。
• 只有三种擦除方式：扇区擦除 、 块擦除 和 全片擦除。
• 写操作一次可以写1~256字节，最多一次写一页256字节。

不同点： 容量和内存空间地址不同，具体如下表所示：

2. 引脚接口

下面只介绍标准SPI接口，接口如下图所示：

1. 片选引脚：/CS
   （1）当CS引脚为高电平时，芯片被禁能，DO引脚高阻态，不能进行读写操作。
   （2）当CS引脚为低电平时，芯片被使能，能进行读写操作。
      上电后，执行一条新指令之前必须使CS引脚先有一个下降沿。

2. 数据输出引脚：DO（IO1）
   标准SPI模式： CLK上升沿捕获地址和命令，下降沿输出数据。
   QSPI模式： 双向数据传输 IO1。

3. 写保护引脚：/WP（IO2）
   标准SPI模式：
   写保护引脚可以被用来保护状态寄存器不被意外改写。
   （1）当WP引脚为高电平时，芯片写保护失能，可以正常写入数据。
   （2）当WP引脚为低电平时，芯片写保护使能，不可以正常写入数据。
   QSPI模式： 双向数据传输 IO2。

4. 地：GND
   电源地

5. 数据输入引脚：DI（IO0）
   标准SPI模式：
   数据、地址和命令从DI引脚送到芯片内部，在CLK引脚的上升沿捕获。
   QSPI模式： 双向数据传输 IO0。

6. 串行时钟引脚：CLK
   SPI时钟引脚，为输入输出提供时序。

7. 保持引脚：/HOLD（IO3）
   标准SPI模式：
   当CS引脚为低电平时
   （1）当HOLD为低电平时，DO引脚处于高阻态状态，而且也会忽略DIO和CLK引脚上的信号。
   （2）当HOLD为高电平时，芯片恢复正常工作。
   QSPI模式： 双向数据传输 IO3。

8. 电源：VCC
   电源正极

3. 原理图

4. 内部结构框架图

5. 型号ID

W25Qxx 系列 Flash 存储器支持 JEDEC 标准，具有唯一的 64 位识别序列号，方便区别芯片型号，具体如下表所示：

二、W25Qxx系列芯片----工作原理

1. SPI 运行方式

W25Qxx系列芯片支持以下两种SPI通信方式:
模式0： CPOL = 0，CPHA = 0
模式3： CPOL = 1，CPHA = 1

2. W25Qxx系列芯片----状态寄存器

注：这里是记录所有W25Qxx系列芯片的状态寄存器，有些型号的状态寄存器，没有全部功能。

状态寄存器1

S0----总线忙标志位（BUSY）
在执行页编程、扇区擦除、块区擦除、芯片擦除以及写状态寄存器指令时，该位被硬件自动置1。这时候，除了读状态寄存器指令外的所有操作指令都会被芯片忽略。
当芯片执行完这些指令后，硬件会自动将该位清0，表示芯片器件可以接收其他的指令。

S1----写保护位（WEL）
执行完写使能指令后，该位置1
当芯片掉电后和执行写禁能、页编程、扇区擦除、块区擦除以及芯片擦除指令都会进入写保护状态，该位置0

S2、S3、S4----块区保护位（BP2、BP1、BP0）
这3个位默认状态为0，即块区处于未保护状态。可以利用“写状态寄存器”指令对这几个位进行置1来达到块区保护的目的。块区保护状态为：没有保护、部分保护和全部保护状态。
当状态寄存器的SRP位为1或读写保护管脚（/WP）为低电平时，这3个位不可被更改。

S5----底部和顶部块保护位（TB）
此位默认值为0，可以利用“写状态寄存器”指令对这个位进行置1或清零。
当TB = 0时，表示保护位从顶部开始；
当TB = 1时，表示保护位从底部开始。
当状态寄存器的SRP位为1或读写保护管脚（/WP）为低电平时，这个位不可被更改。

S6----扇区/块保护（SEC）
此位默认值为0，可以利用“写状态寄存器”指令对这个位进行置1或清零。
当SEC = 0时，表示每次保护的区域大小为4K；
当SEC = 1时，表示每次保护的区域大小为64K。

状态寄存器2

S7、S8----状态寄存器保护位（SRP、SRL）
这两个位的默认值为0，可以利用“写状态寄存器”指令对这个位进行置1或清零。
这两位和读写保护管脚（/WP）决定了状态寄存器写保护的方式。
状态寄存器写保护的方式有：软件保护，硬件保护、电源锁定或一次性可编程（OTP）保护。

S9----快速SPI通讯使能（QE）
此位默认值为0，可以利用“写状态寄存器”指令对这个位进行置1或清零。
当QE = 0时，设置为标准速度模式或快速模式，保持管脚（/HOLE）和读写保护管脚（/WP）启用；
当QE = 1时，设置为高速模式，保持管脚（/HOLE）和读写保护管脚（/WP）被设置为IO2和IO3功能使用。

S10、S11、S12、S13----安全寄存器锁位（LB3、LB2、LB1）
LB3-1的默认状态为0，安全寄存器被解锁。
可以使用写状态寄存器指令将LB3-1单独设置为1。
LB3-1是一次性可编程(OTP)，一旦它设置为1，相应的256字节安全寄存器将成为永久只读。

S14----补码保护位（CMP）
它与SEC、TB、BP2、BP1和BP0位结合使用，为阵列保护提供更大的灵活性。
一旦CMP设置为1，之前SEC、TB、BP2、BP1和BP0设置的阵列保护将被逆转。例如：
当CMP=0时，一个最高64KB的块可以被保护，而数组的其他部分则不受保护;
当CMP=1时，最上面的64KB块将成为不受保护的，而数组的其余部分将成为只读的。
默认设置为CMP=0。

S15----暂停状态位（SUS）
在执行**擦除/程序暂停(75h)指令后设置为1。
通过擦除/程序恢复 (7Ah)**指令以及下电、上电周期将SUS状态位清除为0。

状态寄存器3

S16----当前地址模式（ADS）
表示设备当前运行的地址模式。
当ADS=0时，设备处于3字节地址模式，
当ADS=1时，设备处于4字节地址模式。

S17----启动时地址模式（ADP）
决定设备上电或复位时的初始地址模式，该位仅在上电或设备复位初始化期间使用。
当ADP=0(出厂默认)时，设备将启动到3字节地址模式，扩展地址寄存器必须用于访问超过128Mb的内存区域。当ADP=1时，设备将直接启动到4字节地址模式。

S18----写保护方案（WPS）
当WPS=0时，设备将使用CMP、SEC、TB、BP[2:0]位的组合来保护存储阵列的特定区域。
当WPS=1时，设备将使用单独块锁来保护任何单独的扇区或块。
设备上电或复位后，所有单个块锁定位的缺省值为1。

S22、S21 ---- 输出信号强度（DRV1、DRV0）

S23----HOLD/RST引脚功能选择
当HOLD/RST=0(出厂设置)时，引脚为/HOLD。
当HOLD/RST=1时，引脚为/RESET。
但是，只有当QE=0时，/HOLD或/RESET函数才可用。
QE设置为1时，关闭/HOLD和/RESET功能，引脚为专用数据I/O引脚。

3. W25Qxx系列芯片----常用操作命令

（1）单字节操作

单字节操作，只往芯片中写入1字节的操作命令，具体代码如下：

void W25QXX_Write_Enable(void) //写使能 
{
	W25QXX_CS(0);				 //拉低片选CS引脚---使能芯片
	W25QXX_ReadWriteByte(0x06);  //写入1字节操作命令
	W25QXX_CS(1);				 //拉高片选CS引脚---关闭芯片	
}
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操作命令 如下表所示：

注：如果想要实现其他功能，替换操作指令数据，便可实现功能。

（2）双字节操作

双字节操作，先往芯片中写入1字节的操作命令，接下来是读取/写入的字节数据。
具体代码如下：

//读取1字节数据
uint8_t W25QXX_ReadSR(void)//读取状态寄存器
{
	uint8_t  data=0;
	W25QXX_CS(0);            		 //拉低片选CS引脚---使能芯片
	W25QXX_ReadWriteByte(0x05);  	 //写入1字节操作命令
	data=W25QXX_ReadWriteByte(0Xff); //读取1字节数据
	W25QXX_CS(1);                    //拉高片选CS引脚---取消片选
	return data;
}

//写入1字节数据
void W25QXX_WriteSR(uint8_t data)//写状态寄存器
{
	W25QXX_CS(0);            	//拉低片选CS引脚---使能芯片
	W25QXX_ReadWriteByte(0x01); //写入1字节操作命令
	W25QXX_ReadWriteByte(data); //写入1字节数据
	W25QXX_CS(1);               //拉高片选CS引脚---取消片选
}
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操作命令 如下表所示：

注：如果想要实现其他功能，替换操作指令数据，便可实现功能。

（3）读取ID操作

具体代码如下：

uint16_t W25QXX_ReadID(void)//读取芯片ID
{
	uint16_t ID = 0;	  
	W25QXX_CS(0);				//拉低片选CS引脚---使能芯片    
	W25QXX_ReadWriteByte(0x90);	//发送读取ID命令	    
	W25QXX_ReadWriteByte(0x00); 	    
	W25QXX_ReadWriteByte(0x00); 	    
	W25QXX_ReadWriteByte(0x00); 	 			   
	ID|=W25QXX_ReadWriteByte(0xFF)<<8;  
	ID|=W25QXX_ReadWriteByte(0xFF);	 
	W25QXX_CS(1);				 //拉高片选CS引脚---取消片选   
	return ID;
}
1
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操作命令 如下表所示：

注：如果想要实现其他功能，替换操作指令数据，便可实现功能。

（4）带地址操作

带地址操作主要分两种：
3字节地址：W25Qxx系列芯片都可以使用。
4字节地址：只有W25Q256和W25Q512可用。

• 3字节地址
  具体代码如下：

//读取数据
void W25QXX_Read(uint8_t* pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint16_t NumByteToRead)   
{ 						    
	W25QXX_CS(0);	                        //拉低片选CS引脚---使能芯片
    W25QXX_ReadWriteByte(0x03);    			//发送读取命令  
    W25QXX_ReadWriteByte((uint8_t)((ReadAddr)>>16));   //发送24bit地址    
    W25QXX_ReadWriteByte((uint8_t)((ReadAddr)>>8));   
    W25QXX_ReadWriteByte((uint8_t)ReadAddr);   
    for(uint16_t i=0;i<NumByteToRead;i++)//可读多个数据
	{ 
       pBuffer[i]=W25QXX_ReadWriteByte(0XFF);    //循环读数  
    }
	W25QXX_CS(1);				    	      
}  

//写入数据
void W25QXX_Write_Page(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite)
{
    W25QXX_Write_Enable();                  	//写使能
	W25QXX_CS(0);                            	//使能器件   
    W25QXX_ReadWriteByte(0x02);   //发送页写命令   
    W25QXX_ReadWriteByte((uint8_t)((WriteAddr)>>16)); //发送24bit地址    
    W25QXX_ReadWriteByte((uint8_t)((WriteAddr)>>8));   
    W25QXX_ReadWriteByte((uint8_t)WriteAddr);   
    for(uint16_t i=0;i<NumByteToWrite;i++)//可写多个数据，最多256个字节一页数据
	{
		W25QXX_ReadWriteByte(pBuffer[i]);//循环写数  
	}
	W25QXX_CS(1);                            	//取消片选 
	W25QXX_Wait_Busy();					   		//等待写入结束
} 
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操作命令 如下表所示：

• 4字节地址
  具体代码如下：

//启用4字节地址模式	
void W25QXX_Enter_4Byte()
{
	W25QXX_CS(0);				 //拉低片选CS引脚---使能芯片
	W25QXX_ReadWriteByte(0xB7);  //写入1字节操作命令
	W25QXX_CS(1);				 //拉高片选CS引脚---关闭芯片
}

//退出4字节地址模式	
void W25QXX_Exit_4Byte()
{
	W25QXX_CS(0);				 //拉低片选CS引脚---使能芯片
	W25QXX_ReadWriteByte(0xE9);  //写入1字节操作命令
	W25QXX_CS(1);				 //拉高片选CS引脚---关闭芯片
}

//读取数据
void W25QXX_Read(uint8_t* pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint16_t NumByteToRead)   
{ 						    
	W25QXX_CS(0);	                        //拉低片选CS引脚---使能芯片
    W25QXX_ReadWriteByte(0x13);    			//发送4字节地址读取命令  
    W25QXX_ReadWriteByte((uint8_t)((WriteAddr)>>24));//发送32bit地址 
    W25QXX_ReadWriteByte((uint8_t)((ReadAddr)>>16));     
    W25QXX_ReadWriteByte((uint8_t)((ReadAddr)>>8));   
    W25QXX_ReadWriteByte((uint8_t)ReadAddr);   
    for(uint16_t i=0;i<NumByteToRead;i++)//可读多个数据
	{ 
       pBuffer[i]=W25QXX_ReadWriteByte(0XFF);    //循环读数  
    }
	W25QXX_CS(1);				    	      
}  

//写入数据
void W25QXX_Write_Page(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite)
{
    W25QXX_Write_Enable();                  //写使能
	W25QXX_CS(0);                            //使能器件   
    W25QXX_ReadWriteByte(0x12);   			//发送4字节地址页写命令   
    W25QXX_ReadWriteByte((uint8_t)((WriteAddr)>>24));//发送32bit地址 
    W25QXX_ReadWriteByte((uint8_t)((WriteAddr)>>16));    
    W25QXX_ReadWriteByte((uint8_t)((WriteAddr)>>8));   
    W25QXX_ReadWriteByte((uint8_t)WriteAddr);   
    for(uint16_t i=0;i<NumByteToWrite;i++)//可写多个数据，最多256个字节一页数据
	{
		W25QXX_ReadWriteByte(pBuffer[i]);//循环写数  
	}
	W25QXX_CS(1);                            	//取消片选 
	W25QXX_Wait_Busy();					   		//等待写入结束
} 
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注：如果想要实现4字节地址，需要启用4字节地址模式。

操作命令 如下表所示：

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STM32F103标准库开发—目录