【经验】基于灵动微MM32F0140系列MCU的SPI与串行闪存存储器W25Q80通信应用指南

查看MindMotion（灵动微电子）MM32F0140系列MCU的MiniBoard原理图，SPI挂载了W25Q80。

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：

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：

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：

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。

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。