基于MM32F0140的SPI与W25Q80通信实例:详解硬件连接和通信过程
eetrendMcu 2023-12-01

前提

查看MM32F0140的MiniBoard原理图,SPI挂载了W25Q80。

1.png

一、SPI介绍

串行外设接口,Serial Peripheral Interface。一种高速的、全双工、同步的串行通信总线。主要应用于EEPROM、FLASH、AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

SPI 支持同时发送和接收数据,采用主从工作方式。SPI 通过 4 个引脚与外部器件相连,分别是:

MOSI:主设备输出、从设备输入引脚。传输方向为主设备发送到从设备。

MISO:主设备输入、从设备输出引脚。传输方向为从设备发送到主设备。

SCK:串行时钟信号,由主设备产生并提供给从设备。

NSS:片选信号,从设备选择。

下图示意主、从设备之间一对一通信时的连接情况:

2.png

主设备负责发起通信请求,从设备负责响应,从设备通过 SCK 引脚得到主设备提供的时钟信号,从而使得主、从设备均使用同一个时钟进行同步的全双工通信。对于从设备而言,MOSI 引脚输入来自主设备的发送数据,MISO 引脚输出响应数据传给主设备。

SPI 需要根据从机特性,选配时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA),比如从机时钟空闲时为低电平,且在时钟信号的第一个跳变沿采样,此时时序见下图:

3.png

二、W25Q80介绍

W25Q80是一种串行闪存存储器,主要特点包括:

容量:8 Mbit(1 MB)的存储容量,可以存储大量数据。

SPI接口:采用SPI接口进行数据通信,具备高速的数据传输能力。

快速读取:支持快速的连续读取操作,可提供高效的读取性能。

块擦除:支持块擦除功能,可以批量擦除数据,提高擦除效率。

低功耗:采用低功耗设计,适用于对功耗要求较高的应用场景。

W25Q80可以划分为 4096 个扇区,每个扇区包含 256 个页,每个页的大小为 256 字节。

下图为W25Q80的指令:

4.png

三、例程

1.介绍

本例程实现SPI与W25Q80通信,SPI查询W25Q80的设备号,并全片擦除后写入数据,再读取出来,看写入的数据与读取的数据是否一致。

2.编码详情

1)初始化配置SPI,速度为PCLK1(36MHz)的32分频,约为1.125MHz;

SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
SPI_InitStructure.SPI_DataWidth = 8;
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_32;
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure);
exSPI_DataEdgeAdjust(SPI2, SPI_DataEdgeAdjust_FAST);
SPI_BiDirectionalLineConfig(SPI2, SPI_Direction_Tx);
SPI_BiDirectionalLineConfig(SPI2, SPI_Direction_Rx);
SPI_Cmd(SPI2, ENABLE);

2)编写SPI发送和读取数据的函数

uint32_t writeAndReadData(uint8_t data)
{
    SPI_SendData(SPI2, data);
    while (1) {
        if(SPI_GetFlagStatus(SPI2, SPI_FLAG_TXEPT)) {
            break;
        }
    }
    while (1) {
        if(SPI_GetFlagStatus(SPI2, SPI_FLAG_RXAVL)) {
            return SPI_ReceiveData(SPI2);
        }
    }
}

3)获取W25Q80的设备ID

SPI_CSInternalSelected(SPI2, ENABLE); // 片选
writeAndReadData(0x9F); // 读ID指令
ID |= writeAndReadData(0x00) << 16;
ID |= writeAndReadData(0x00) << 8;
ID |= writeAndReadData(0x00);
SPI_CSInternalSelected(SPI2, DISABLE); // 取消片选
printf("\n\nread device id: %X", ID);

4)全片擦除W25Q80,并检查状态等待擦除完成

SPI_CSInternalSelected(SPI2, ENABLE); 
writeAndReadData(0x06); // 写使能
SPI_CSInternalSelected(SPI2, DISABLE);

SPI_CSInternalSelected(SPI2, ENABLE);
writeAndReadData(0xC7); // 全片擦除指令
SPI_CSInternalSelected(SPI2, DISABLE);

SPI_CSInternalSelected(SPI2, ENABLE); 
writeAndReadData(0x05); // 读状态寄存器
while(1) {
    temp = writeAndReadData(0x00);
  if((temp & 0x01) == 0x0) // 擦除完成
     break;
  }
SPI_CSInternalSelected(SPI2, DISABLE); 
printf("\n\nerase complete");

5)写数据,并检查状态等待写完

for (i = 0; i < 256; i++) txData[i] = i;
SPI_CSInternalSelected(SPI2, ENABLE);
writeAndReadData(0x06);// 写使能
SPI_CSInternalSelected(SPI2, DISABLE); 

SPI_CSInternalSelected(SPI2, ENABLE);
writeAndReadData(0x02); // 页编程
writeAndReadData(0x00); // 页地址
writeAndReadData(0x00);
writeAndReadData(0x00);
for (i = 0; i < 256; i++)
{
  writeAndReadData(txData[i]);
}
SPI_CSInternalSelected(SPI2, DISABLE); 

SPI_CSInternalSelected(SPI2, ENABLE);
writeAndReadData(0x05); // 读状态寄存器
while(1) {
          temp = writeAndReadData(0x00);
        if((temp & 0x01) == 0x0) // 页编程完成
      break;
}

SPI_CSInternalSelected(SPI2, DISABLE);
printf("\n\npage programm complete");


6)读数据,并打印出来

SPI_CSInternalSelected(SPI2, ENABLE);
writeAndReadData(0x03); // 读数据
writeAndReadData(0x00); // 页地址
writeAndReadData(0x00);
writeAndReadData(0x00);
for (i = 0; i < 10; i++)
{
   rxData[i] = writeAndReadData(0x00);
}
SPI_CSInternalSelected(SPI2, DISABLE); 
printf("\n\nread data completely\n");
for (i = 0; i < 10; i++) 
  printf("\nrxDate[%d] = %d", i, rxData[i]);

3.串口输出结果

下图为串口输出数据,基本符合程序流程和结果。

5.png

4.逻辑分析仪

下图为逻辑分析仪截取的发送接收图片,可以清楚的看到当前SCK速度接近1.125MHz,以及发送数据也符合预期。

6.png


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