STC89C52驱动W25Q32测试笔记

STC89C52是经典的C51单片机，该芯片不自带硬件SPI接口，正好有手上一块W25Q32的存储模块（某宝上买的2.2元），试着使用89C52模拟SPI接口驱动W25Q32，在驱动的过程中遇到了几个问题，首先的问题是电平不匹配，其次是对芯片datasheet资料的解读，关于W25Qx的资料基本上是全英文的资料，笔者英文水平有限解读起来有一定的困难，只能一点点去解读；其次网络上关于使用C51驱动W25Qx的相关资料有限，很大部分都是使用stm32芯片驱动的案例，结合stm32案例实现W25Qx的驱动，以下内容为个人学习过程小结，由于笔者水平有限，难免有错误，敬请谅解。

一、电路搭建（解决芯片IO电平匹配）：

依据W25Qx芯片资料，该芯片支持电平范围为2.7V-3.6V，过电平可能造成损坏芯片，而89C52的IO电平为5V。解决办法是加一块3.3V转5V的电平转换模块（TXS-0108E），电路的连接如下图：

另外网络上也有采用电阻限流的方案，由于元件较多，焊接有点麻烦，笔者未验证，提供下图，仅供学习参考。

二、编写软SPI驱动：

SPI接口一般使用 4 条线通信：

DO 主设备数据输入，从设备数据输出。

DI 主设备数据输出，从设备数据输入。

SCK 时钟信号，由主设备产生。

CS 从设备片选信号，由主设备控制。

SPI 主要特点有：可以同时发出和接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。

以下是SPI传送时序，SPI传送时序有4种方式，方式0-方式3。

方式0（0，0），方式1（0，1），方式2（1，0），方式3（1，1）

SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；SPI主模块和与之通信的外设时钟相位和极性应该一致。CPOL是用来决定SCK时钟信号空闲时的电平，CPOL=0，空闲电平为低电平，CPOL=1时，空闲电平为高电平。CPHA是用来决定采样时刻的，CPHA=0，在每个周期的第一个时钟沿采样，CPHA=1，在每个周期的第二个时钟沿采样。

小结下上述内容：CPOL=0时起始电平为低电平，CPOL=1时起始电平为高电平。CPHA=0时，CLK的第一个上升沿为采样（写W25Qx）, CLK的第一个下降沿为输出（读W25Qx），CPHA=1时，CLK的第一个下降沿为采样（写W25Qx）, CLK的第一个上升沿为输出（读W25Qx）。

W25Qx的SPI传输支持方式0和方式3，即方式0（CPOL=0，CPHA=0），方式3（CPOL=1，CPHA=1）。

为了方便起见，笔者以方式0为基础，编写一个SPI的传输函数，该函数发送以MSB（高位优先传输）。

//SPI传输函数，发送与接收一个字节

unsignedchar SPI_Byte(unsigned char dat)

{

unsigned charread=0,i=0;

for(i=0;i<8;i++)

{

W25_DI=dat&0x80;

W25_CLK=1;

dat<<=1;

read<<=1;

read|=W25_DO;

W25_CLK=0;

}

return read;

}

三、编写函数测试获取芯片的Flash ID号（JEDEC ID）:

当电路搭建完成后，SPI通信基础函数编写完成后，下一步需要获取芯片返回一个值，测试电路与基础函数成功与否。

依据资料文件，获取ID之前有两点需要注意，第一点是MSB高位优先传输，第二点是获取操作时CS必须拉低。

当获取成功后W25Q32对应的16位的码值为0x4016，下面依据芯片资料提供的时序。

依据上图小结如下信息。

1、获取时CS必须为低电平，高位优先传输。

2、获取JEDEC ID的指令为0x90。

3、接收到信息三个字节，第一个字节为ManufacturerID（制造商ID）固定值为0xEF，第二个字节为MemoryType（内存类型），第三个字节为Capacity（容量）。

编写代码如下：

unsignedlong W25x_read_ID()

{

unsigned long re,t1,t2,t3;

W25_CS=0;

W25_CLK=0;

SPI_Byte(0x9F);

t3=SPI_Byte(0xff);

t2=SPI_Byte(0xff);

t1=SPI_Byte(0xff);

W25_CS=1;

re=(t3<<16)|(t2<<8)|t1;

return re;

}

测试结果：

四、芯片写使能与忙状态等待。

1、写使能：

写使能的操作与读ID的操作类似，其操作指令为0x06，写使能成功后Status Register1的S1位WSL置1，即允许写操作与擦除操作。

//写使能

voidW25x_write_Enable()

{

W25_CS=0;

W25_CLK=0;

SPI_Byte(0x06);

W25_CS=1;

}

2、忙状态等待函数：

当芯片正在执行擦除、写操作时，不允许其它操作，此时必须进入等待状态，直到执行完成后Status Register1的S0位BUSY重新置0后才允许后续操作，函数必须不断的读取状态寄存器，从中提取S0的数据，从而确定相应操作的状态。Status Register1读取指令为0x05,读取方式为MSB那么S0位对应与操作位为0x01，操作方式与读ID的操作类似，依据下图资料的时序，编写函数如下。

//等待擦除或写入操作，直到操作完成结束。

voidW25x_wait_BusyEnd()

{

unsigned char i=0,temp;

W25_CS=0;

W25_CLK=0;

SPI_Byte(0x05);

temp=SPI_Byte(0xff);

while((temp&0x01)==1)

{

temp=SPI_Byte(0xff);

}

W25_CS=1;

}

五、编写擦除指令：

W25Q32为非易失性存储器，写数据之前必须先执行擦除操作，这里我们先编写一个芯片擦除函数。

小结上图芯片资料信息：

1、所谓的芯片擦除是往存储单元字节中填充0xFF即为擦除。

2、芯片擦除操作前必须开启Write Enable(写使能)之前有介绍。

3、芯片擦除操作的指令0x07或0x60，当然CS也必须低电平。

4、芯片擦除完成后需要等待一段时间（读忙状态），之前有介绍。

5、其它与读取ID操作类似。

//芯片擦除操作函数

voidW25x_chipErase()

{

W25x_write_Enable();//开使能

W25_CS=0;

W25_CLK=0;

SPI_Byte(0xC7);

W25_CS=1;

W25x_wait_BusyEnd();//等待擦除操作完成结束

}

六、页写入操作：

W25Qx最大写入单位为页（Page）,每页最多写入256B，超过256B必须另写一页，每16页组成一个扇区（Sector）,每16个扇区组成一个块（Block）。W25x32为4MB的容量，共有64个块，1024个扇区，16384个页。地址范围为（0x000000-0x2FFFFF），理论上地址每一位对应一个字节，实际在连续写入大数据的过程中还需考虑页、扇区、块的容量问题。注意写之前必须确保是擦除操作过的，最小的擦除单位不是页而是扇区。下面的例子仅考虑页写，理想的起始地址为页的起始位置，内容小于256B。

1块=16扇区，1扇区=16页，1页=256字节