从入门到精通：STM32 SPI接口驱动W25Q64 Flash存储器的完整指南

摘要

本指南为初学者和有经验的开发者提供了STM32微控制器使用SPI接口驱动W25Q64 Flash存储器的全面知识。从基础概念到高级应用，本文将引导读者如何一步步实现SPI通信，包括硬件配置、SPI接口编程、W25Q64特性及实际代码实现。

1. SPI接口基础

SPI是一种串行通信协议，用于微控制器与外设之间的数据交换。它具有以下特点：

高速数据传输：支持全双工通信。
主从模式：一个主设备控制多个从设备。
灵活性：支持不同的数据位宽和时钟配置。

2. W25Q64 Flash存储器概述

W25Q64是一款8Mbit的SPI Flash存储器，主要特性包括：

容量：1M字节。
耐用性：擦写次数高达100万次。
低功耗：适合电池供电的便携式设备。

3. 硬件连接

W25Q64与STM32的硬件连接如下：

CS（片选）连接到STM32 GPIO（例如PA4）。
SCK（时钟）连接到STM32 SPI时钟引脚（例如PA5）。
MOSI（数据发送）连接到STM32 SPI MOSI引脚（例如PA7）。
MISO（数据接收）连接到STM32 SPI MISO引脚（例如PA6）。
VCC连接到3.3V，GND连接到地。

4. SPI接口配置

4.1 硬件SPI初始化

硬件SPI初始化代码示例：

void SPI_Hardware_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | 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 W25Q64初始化

W25Q64初始化涉及SPI初始化和芯片特定设置。

void W25Q64_Init(void) {
    SPI_Hardware_Init();
    // 发送W25Q64的复位指令（如果需要）
}

5. W25Q64 Flash存储器操作

5.1 读取W25Q64 ID

读取ID用于验证W25Q64芯片。

uint16_t W25Q64_ReadID(void) {
    uint16_t id = 0;
    SPI_CS_Low();
    SPI_SendByte(0x90); // READ ID COMMAND
    id = SPI_ReceiveByte() << 8;
    id |= SPI_ReceiveByte();
    SPI_CS_High();
    return id;
}

5.2 写入W25Q64

页编程是W25Q64写入数据的基本操作。

void W25Q64_WriteByte(uint32_t addr, uint8_t data) {
    SPI_CS_Low();
    SPI_SendByte(0x02); // PAGE PROGRAM COMMAND
    SPI_SendByte(addr >> 16);
    SPI_SendByte(addr >> 8);
    SPI_SendByte(addr);
    SPI_SendByte(data);
    SPI_CS_High();
    // 等待写入完成...
}

5.3 从W25Q64读取数据

读取数据操作允许从指定地址读取信息。

uint8_t W25Q64_ReadByte(uint32_t addr) {
    uint8_t data;
    SPI_CS_Low();
    SPI_SendByte(0x03); // READ DATA COMMAND
    SPI_SendByte(addr >> 16);
    SPI_SendByte(addr >> 8);
    SPI_SendByte(addr);
    data = SPI_ReceiveByte();
    SPI_CS_High();
    return data;
}

6. 完整示例代码

以下是STM32与W25Q64通信的完整示例代码。

int main(void) {
    SystemInit();
    W25Q64_Init();

    uint16_t id = W25Q64_ReadID();
    printf("W25Q64 ID: 0x%X\r\n", id);

    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++);

    uint8_t readData = W25Q64_ReadByte(testAddr); // 读取数据
    if (readData == testData) {
        printf("Write and Read Test Passed.\r\n");
    } else {
        printf("Write and Read Test Failed.\r\n");
    }

    while(1) {
        // 其他应用代码
    }
}