软件SPI读写W25Q64

原创 已于 2025-11-17 17:18:16 修改 · 743 阅读 · 14 ·
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#嵌入式硬件 #stm32 #学习 #笔记 #单片机

于 2025-11-17 16:58:04 首次发布

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SPI

  1. 什么是SPI?
    SPI（Serial Peripheral Interface）是一种高速、全双工、同步的串行通信总线，由摩托罗拉公司开发，广泛用于微控制器和外围设备（如Flash存储器、传感器、ADC等）之间的短距离通信,具体特点如下图：
    在这里插入图片描述
  2. SPI外设
    所有SPI设备的SCK、MOSI、MISO分别连在一起，主机另外引出多条SS控制线，分别接到各从机的SS引脚。
    输出引脚配置为推挽输出，输入引脚配置为浮空或上拉输入。

那么，为什么输出引脚和输入引脚会这样配置？？？
答：这需要结合SPI的设计原则：
①谁控制，谁用推挽输出

主设备控制的信号需要强驱动能力，而推挽输出的优势就是强驱动能力（能够快速充放电线路电容）、明确的高电平（不会出现不确定的中间电平）和高速切换（适合SPI的高速通信->可达数十MHz）。
如果使用开漏输出：上升沿靠上拉电阻，速度慢，在高频SPI下会导致时序混乱，信号边沿不陡峭，可能采样错误。

②谁被读取，谁决定输入特性

从设备的数据线要防止冲突，MISO线在从设备未选中时可能处于高阻态，而上拉电阻确保此时为明确的高电平，避免噪声。上拉输入提供了确定的默认状态，只有当从设备主动驱动时为低电平。

  1. SPI运行原理
    如图：
    在这里插入图片描述

SPI的主从数据交换遵循高位先行的原则

  1. SPI基本时序单元

CPOL（Clock Polarity）：时钟极性，表示SCK在空闲时的电平。
CPOL=0：空闲时SCK为低电平。
CPOL=1：空闲时SCK为高电平。
CPHA（Clock Phase）：时钟相位，表示数据采样的时刻。
CPHA=0：在时钟的第一个边沿（即SCK从空闲状态跳变到相反状态的边沿）采样数据。
CPHA=1：在时钟的第二个边沿（即SCK从非空闲状态跳变回空闲状态的边沿）采样数据。

起止条件：
在这里插入图片描述
交换一个字节-模式0：
在这里插入图片描述

交换一个字节-模式1：
在这里插入图片描述

交换一个字节-模式2：
在这里插入图片描述

交换一个字节-模式3：
在这里插入图片描述
四种模式对比图：
在这里插入图片描述

  1. SPI和I2C对比如图：
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

W25Q64

  1. 什么是W25Q64？
    W25Qxx系列是一种低成本、小型化、使用简单的非易失性存储器，常应用于数据存储、字库存储、固件程序存储等场景
    存储介质：Nor Flash（闪存）
    时钟频率：80MHz / 160MHz (Dual SPI) / 320MHz (Quad SPI)
    存储容量（24位地址）：W25Q64：64Mbit / 8MByte

  2. W25Q64的内部存储层次：

W25Q64的存储结构采用分层设计，从大到小依次为：
芯片 (Chip, 8MB)–>块 (Block, 64KB) -->扇区 (Sector, 4KB)–>页 (Page, 256B)

①页 (Page) - 编程操作的最小单位
大小：256字节
特性：
1.最小的可编程单元
2.一次页编程操作可以写入1-256字节
3.编程操作只能将位从"1"改为"0"

②扇区 (Sector) - 擦除操作的最小单位
大小：4KB（16页）
特性：
1.最小的可擦除单元
2.擦除操作将整个扇区置为全"1"状态
3.必须先擦除才能进行编程

③块 (Block) - 大容量擦除单位
大小：64KB（16个扇区）
特性：
1.支持块擦除命令（0xD8）
2.擦除时间比逐个扇区擦除更快
3.适用于大范围数据更新

容量关系表：
在这里插入图片描述

存储框图：
在这里插入图片描述
3. 对W25Q64写入读取时的注意事项：
①写入操作时：
1.写入操作前，必须先进行写使能
2.每个数据位只能由1改写为0，不能由0改写为1
3.写入数据前必须先擦除，擦除后，所有数据位变为1
4.擦除必须按最小擦除单元进行
5.连续写入多字节时，最多写入一页的数据，超过页尾位置的数据，会回到页首覆盖写入
6.写入操作结束后，芯片进入忙状态，不响应新的读写操作

②读取操作时：
直接调用读取时序，无需使能，无需额外操作，没有页的限制，读取操作结束后不会进入忙状态，但不能在忙状态时读取

软件SPI读写W25Q64

  • 接线图如下：
    在这里插入图片描述
  • 在Hardware文件夹下新建MySPI.c和MySPI.h文件
    MySPI.c代码：
#include "stm32f10x.h"                  // Device header


//片选
void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_4,BitValue);
}

//时钟
void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_5,BitValue);
}

//主机输出
void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_7,BitValue);
}

//主机输入
uint8_t MySPI_R_MISO(void)
{
	return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_6);
}

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);	

	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);	
	
	//设置初始电平
	MySPI_W_SS(1);
	MySPI_W_SCK(0);
	
}

//开始信号
void MySPI_Start(void)
{
	MySPI_W_SS(0);
}

//结束信号
void MySPI_Stop(void)
{
	MySPI_W_SS(1);
}

//模式0输出一个字节
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{
	uint8_t i,ByteReceive = 0x00;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
	MySPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80>>i));
	MySPI_W_SCK(1);
	if(MySPI_R_MISO() == 1){ByteReceive |= (0x80>>i);}
	
	MySPI_W_SCK(0);
	}
	
	return ByteReceive;
}

////模式0输出一个字节(移位寄存器模型)
//uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
//{
//	uint8_t i;
//	for(i=0;i<8;i++)
//	{
//	MySPI_W_MOSI(ByteSend & 0x80);
//	ByteSend <<= 1;
//	MySPI_W_SCK(1);
//	if(MySPI_R_MISO() == 1){ByteSend |= 0x01;}
//	MySPI_W_SCK(0);
//	}
//	
//	return ByteSend;
//}

值得注意的是：
①在函数MySPI_SwapByte（）；中，佛如循环内的MySPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80>>i));作用就是让ByteSend一位一位的发送，例如ByteSend的数据为1010 0101，在第一次循环中，1010 0101 & 1000 0000，其结果是1000 0000，及发送数据的最高位为1；第二次循环中，1010 0101 & 0100 0000，结果是0000 0000，发送数据的第二位为0，在语句if(MySPI_R_MISO() == 1){ByteReceive |= (0x80>>i);}，这条语句的作用是先判断
MySPI_R_MISO()是否为1，意思是判断W25Q64发来的位是不是1，也就是判断相应的引脚是否被置为高电平，当发送的数据为1，就更改ByteReceive的相应位，判断不为1就跳出if执行后面的语句，由于ByteReceive的初始值为0000 0000，当if条件不成立时，数据为0，此时正好对应W25Q64发送的数据为0，由于if条件的不成立，正好跳过if条件而不修改ByteReceive，也就保持了原本位置的0.

MySPI.h代码：

#ifndef __MYSPI_H
#define __MYSPI_H

void MySPI_Init(void);
void MySPI_Start(void);
void MySPI_Stop(void);
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend);

#endif
  • 在Hardware文件夹下新建W25Q64.c和W25Q64.h文件
    W25Q64.c代码：
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MySPI.h"
#include "W25Q64_ins.h"


void W25Q64_Init(void)
{
	MySPI_Init();
}

void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID,uint16_t *DID)
{
	MySPI_Start();
	
	//指令
	MySPI_SwapByte(W25Q64_JEDEC_ID);
	
	//交换厂商ID *MID
	*MID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);
	
	//交换设备ID *DID
	*DID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);
	//左移接收高八位
	*DID <<= 8;
	//|=接收第八位
	*DID |= MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);
	
	MySPI_Stop();
}

//写使能
void W25Q64_WriteEnable(void)
{
	MySPI_Start();
	MySPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE);
	MySPI_Stop();
}

//等待寄存器1忙状态结束
void W25Q64_WaitBusy(void)
{
	uint32_t Timeout = 10000;
	
	MySPI_Start();
	
	//给指令
	MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1);
	
	//状态寄存器的第0位专门是BUSY（忙）位,为0时表示空闲
	while((MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE) & 0x01) == 0x01)
	{
		Timeout --;
		if(Timeout == 0)
		{
			break;
		}
	
	}
	MySPI_Stop();

}

//页编程 从给定的起始地址写入数据
void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address,uint8_t *DataArray,uint16_t Count)
{
	W25Q64_WriteEnable();
	
	uint16_t i;
	MySPI_Start();
	
	//给指令
	MySPI_SwapByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM);	
	
	//给定24位页地址,高位冲突自动舍弃
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);	
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);
	MySPI_SwapByte(Address);
	
	//开始写入数据
	for(i = 0;i < Count;i ++)
	{
		MySPI_SwapByte(DataArray[i]);
	}
	MySPI_Stop();
	
	W25Q64_WaitBusy();
}


//扇区擦除(一次4KB)
void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address)
{
	W25Q64_WriteEnable();
	
	MySPI_Start();
	
	//给指令
	MySPI_SwapByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB);
	
	//给定24位页地址,高位冲突自动舍弃
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);	
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);
	MySPI_SwapByte(Address);
	
	MySPI_Stop();

	W25Q64_WaitBusy();
}

//从给定的起始地址读出数据
void W25Q64_ReadData(uint32_t Address,uint8_t *DataArray,uint32_t Count)
{
	uint32_t i;
	MySPI_Start();
	
	//给指令
	MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_DATA);	
	
	//给定24位页地址,高位冲突自动舍弃
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);	
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);
	MySPI_SwapByte(Address);
	
	for(i = 0;i < Count;i ++)
	{
		DataArray[i] = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);
	}
	
	MySPI_Stop();
}

值得注意的是：
①无论是什么命令的发出，要严格经过这几个流程：
开始信号–>发指令–>发地址（24位地址码）–>读或发数据（若有数据要求）–>停止信号
②但在写操作时要先写使能，为什么要这样？
答:1.安全保护：防止意外写入导致数据丢失,避免电源波动时的数据损坏,增加操作的 intentionality（必须明确意图才能修改）.
2.操作流程控制：确保每个修改操作都是经过深思熟虑的,提供明确的操作顺序：使能→操作→等待完成.
③在写操作性质的函数末尾或者开始要添加一个等待寄存器忙状态的函数，为什么这样做？开始和末尾位置的等待寄存器忙的函数有什么区别吗？
答：WaitBusy的必要性：
1.硬件要求：Flash物理操作需要时间
2.数据安全：确保操作完全生效后再继续
3.协议合规：遵循芯片制造商的操作规范
4.错误预防：避免在忙状态下发送命令导致的异常
开始和末尾调用等待寄存器忙的函数的区别如图：
在这里插入图片描述
末尾调用WaitBusy：提供"操作完成保证"，适合简单应用
开始调用WaitBusy：提供"操作安全启动"，适合复杂环境

W25Q64.h代码：

#ifndef __W25Q64_H
#define __W25Q64_H

void W25Q64_Init(void);
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID,uint16_t *DID);
void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address,uint8_t *DataArray,uint16_t Count);
void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address);
void W25Q64_ReadData(uint32_t Address,uint8_t *DataArray,uint32_t Count);

#endif
  • 为了方便指令码被更好的看出来和调用，在Hardware文件夹下建立一个W25Q64_ins.h文件
    W25Q64_ins.h代码：
#ifndef __W25Q64_INS_H
#define __W25Q64_INS_H

#define W25Q64_WRITE_ENABLE							0x06
#define W25Q64_WRITE_DISABLE						0x04
#define W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1				0x05
#define W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_2				0x35
#define W25Q64_WRITE_STATUS_REGISTER				0x01
#define W25Q64_PAGE_PROGRAM							0x02
#define W25Q64_QUAD_PAGE_PROGRAM					0x32
#define W25Q64_BLOCK_ERASE_64KB						0xD8
#define W25Q64_BLOCK_ERASE_32KB						0x52
#define W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB						0x20
#define W25Q64_CHIP_ERASE							0xC7
#define W25Q64_ERASE_SUSPEND						0x75
#define W25Q64_ERASE_RESUME							0x7A
#define W25Q64_POWER_DOWN							0xB9
#define W25Q64_HIGH_PERFORMANCE_MODE				0xA3
#define W25Q64_CONTINUOUS_READ_MODE_RESET			0xFF
#define W25Q64_RELEASE_POWER_DOWN_HPM_DEVICE_ID		0xAB
#define W25Q64_MANUFACTURER_DEVICE_ID				0x90
#define W25Q64_READ_UNIQUE_ID						0x4B
#define W25Q64_JEDEC_ID								0x9F
#define W25Q64_READ_DATA							0x03
#define W25Q64_FAST_READ							0x0B
#define W25Q64_FAST_READ_DUAL_OUTPUT				0x3B
#define W25Q64_FAST_READ_DUAL_IO					0xBB
#define W25Q64_FAST_READ_QUAD_OUTPUT				0x6B
#define W25Q64_FAST_READ_QUAD_IO					0xEB
#define W25Q64_OCTAL_WORD_READ_QUAD_IO				0xE3

#define W25Q64_DUMMY_BYTE							0xFF

#endif
【STM32学习】——续上：软件SPI读写W25Q64&SPI通信外设&硬件SPI读写W25Q64
weixin_51658186的博客
02-22 2150
接着STM32专栏未更新完的，软件读写SPI程序代码，硬件SPI外设及硬件SPI读写程序！
stm32 SPI通信协议&W25Q64(软件SPI读写W25Q64)
2302_79504723的博客
09-12 1845
所有SPI设备的SCK、MOSI、MISO分别连在一起主机另外引出多条SS控制线，分别接到各从机的SS引脚输出引脚配置为推挽输出，输入引脚配置为浮空或上拉输入高位先行起始条件：SS从高电平切换到低电平 终止条件：SS从低电平切换到高电平向SS指定的设备，发送指令（0x06）向SS指定的设备，发送写指令（0x02）， 随后在指定地址（Address[23:0]）下，写入指定数据（Data）向SS指定的设备，发送读指令（0x03）， 随后在指定地址（Address[23:0]）下，读取从机数
stm32之软件SPI读写W25Q64存储器
09-05
本案例实现了一个stm32使用软件SPI通信方式读写W25Q64存储器的功能（W25Q64是一个flash存储器芯片，它内部可以存储8M字节的数据并且是掉电不丢失数据的） 接线方面：接线图所示为W25Q64模块硬件接线图，左边是W25Q64模块作为从机，右边是stm32作为主机。为了方便下一章节硬件SPI的接线，这里直接就选择了SPI1硬件外设的接线方式。其中PA4对应主机的从机选择线SPI1_NSS连接到从机的CS引脚，PA5对应主机的时钟同步线SPI1_SCK连接到从机的CLK引脚，PA6对应主机的主机输入从机输出线SPI1_MISO连接到从机的DO引脚，PA7对应主机的主机输出从机输入线SPI1_MOSI连接到从机的DI引脚。最后，W25Q64模块的VCC和GND分别接到stm32的电源正负极进行供电。
如何通过软件SPI读写W25Q64
时光の尘的博客
05-25 2183
W25Qxx系列是一种低成本、小型化、使用简单的非易失性存储器，常应用于数据存储、字库存储、固件程序存储等场景。非易失性存储器（NVM）数据持久性：即使在断电的情况下，数据也能保持不丢失。常见类型：闪存（如USB闪存盘、固态硬盘）、硬盘驱动器（HDD）、只读存储器（ROM）、磁带等。应用场景：适用于需要长期保存数据的场合，如计算机硬盘、手机存储、固态硬盘等。易失性存储器（Volatile Memory）数据持久性：在断电时，存储在其中的数据会丢失。常见类型。
stm32之软件SPI读写W25Q64存储器应用案例
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09-06 2734
本案例使用软件SPI通信的方式实现了STM32与W25Q64 Flash存储器的通信，完成了常见的Flash存储器操作如读ID、页写、扇区擦除、读取数据等。
江科大笔记—软件SPI读写W25Q64
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06-11 1008
CS（片选）接到PA4 ，DO（从机输出）接到PA6 ，CLK时钟接到PA5 ，DI（从机输入）接到PA7，当然我这里引脚其实并不是任意选的，实际上是接到了硬件SPI的引脚上，这样的话软件SPI和硬件SPI都可以任意切换。，作用是判断芯片是不是忙状态，要读取BUSY位，是否置1，1表示芯片在忙，0表示芯片不忙了。，执行扇区擦除，先发送指令20，再发送3个字节的地址，这样指定地址，所在的扇区就会擦除。，流程是：交换发送指令03，再发送3个字节的地址，随后转入接收，就可以依次接收数据。，发送一个指令码06。
软件SPI读写W25Q64（江科大是STM32笔记）
2401_89560578的博客
03-02 1536
把发送的MOSI的最高位读出来，每次循环之后，就把需要与的字节位向右移动一位，保证这个函数能够从左往右依次发送一个字节，发送出来之后，先把SCK置为高电平，使用if函数，如果每次接收到的字节为1，接收函数就会与最高位到最低位的字节（0x80,0x40,0x20...0x01）进行或运算，依次接收一个1字节，将SCK置0，跳出循环。8位字节的指针，16字节的Count表示一次写多少个，写使能，忙状态，起始地址，结束地址地址，放在首尾。根据主机图，对GPIO进行模式配置，对照接线图，主机输入PA6为上拉输出。
stm32入门-----软件SPI读写W25Q64
m0_73633088的博客
08-08 1829
接着上一期的内容，本期我们就开始学习软件的SPI读写W25Q64项目的编程实现，在我们学习软件I2C读写的时候也是有类似的操作的，下面我们就可以对比一下SPI和I2C的软件读写有什么异同。stm32入门-----W25Q64存储器-优快云博客stm32入门-----SPI通讯协议-优快云博客。[11-3] 软件SPI读写W25Q64_哔哩哔哩_bilibili本期的代码我已上传至百度网盘，可自行下载。通过百度网盘分享的文件：软件SPI读写W25Q64.rar。
STM32-软件SPI读写W25Q64
m0_70183789的博客
08-06 404
然后继续将所有用到的GPIO口时钟初始化，SS，MOIS,SCK需要定义为通用推挽输出，MISO为上拉输入，并且将SS置为高电平，SCK为低电平，保持初始状态。这里完成了SPI的基本时序，之后完成W25Q64的代码。我们这里需要知道W25Q64厂家所规定的指令代码，因为SPI发送的第一个数据应为指令代码。和IIC软件读写时一样的思路，首先我们写SPI模块，完成SPI通信最基本的时序代码。首先完成对SS，MOSI，SCK传输线的写代码。然后完成对MISO线的读取代码。W25Q64读取ID的代码。
精选资源
软件SPI读写W25Q64.rar
10-18
在提供的“软件SPI读写W25Q64”压缩包中，可能包含示例代码、配置文件和其他相关资源，帮助开发者理解和实现这个功能。通过研究这些资料，你可以更好地掌握STM32F103C8T6微控制器的软件SPI应用，以及如何与W25Q64...
STM32 软件SPI读写W25Q64
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02-08 684
根据手册指令表将指令宏定义出来//宏定义指令集。
《嵌入式硬件从入门到精通：电源 / 模电 / 数电 / 通信核心全解析》
C++，Java，Python，C#编程选手，偶尔刷刷leetcode
11-17 2019
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STM32--BH1750光敏传感器
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本文详细介绍了STM32F407IGT6驱动BH1750光敏传感器的方法。BH1750是一款高精度数字光照传感器，通过I2C接口输出16位数字量，无需外部AD转换。文章从工作原理、接线方式到软件实现三方面进行说明，重点解析了传感器的光电转换原理、I2C通信协议和四种工作模式，并给出了完整的驱动代码，包括初始化、数据读取和光照强度计算。关键注意事项包括上拉电阻配置、地址选择和供电要求。该方案测量精度可达±5%，适用于各类光照检测应用场景。
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d111111111d的博客
12-04 761
摘要：本文介绍了STM32待机模式的实现方法。首先基于RTC实时时钟代码进行修改，设置OLED显示秒计数器、闹钟值和标志位。通过设置闹钟值（当前秒数+10）触发待机模式，测试表明待机模式唤醒后程序从头执行。文章详细讲解了待机模式函数的工作原理，包括清除唤醒标志位、设置STANDBY模式和深度睡眠等步骤。实测待机电流仅3.3μA，符合手册参数。最后提供了完整的main.c和MyRTC.c代码实现，包括RTC初始化、时间设置和读取等功能。
STM32 TIM+ADC实验
@good_good_study的博客
12-03 102
一、实验现象一、实验现象系统上电后先进行3秒延时，然后进入主循环持续采集ADC1的模拟信号。程序将12位ADC原始值转换为0.000V-3.300V的实际电压值显示为第一个数据，同时将电压值乘以0.3系数计算得到第二个数据。二、示例代码。
STM32 单片机 按键控制led灯亮灭
最新发布
bai545936的博客
12-04 113
按键通常连接有上拉或下拉电阻，以确保在未按下时引脚有确定的电平（高或低）。开启GPIOA的时钟，将GPIOA的Pin1、Pin2配置为推挽输出模式（输出电平控制LED亮灭），并设置输出速度为50MHz；将GPIOB的Pin1、Pin11配置为上拉输入模式（GPIO_Mode_IPU），输出速度设为50MHz。等待按键松开（电平恢复高电平）后，再延时20ms消抖，最终将 KeyNum 设为1。若当前为低电平（0），则调用 GPIO_SetBits 置高，LED熄灭。按键初始化（ Key_Init 函数）
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