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【STM32单片机】#12 SPI通信（软件读写）

news 来源：原创 2025/7/13 2:24:24

主要参考学习资料：

B站@江协科技

STM32入门教程-2023版细致讲解中文字幕

开发资料下载链接：https://pan.baidu.com/s/1h_UjuQKDX9IpP-U1Effbsw?pwd=dspb

单片机套装：STM32F103C8T6开发板单片机C6T6核心板实验板最小系统板套件科协

SPI通信

SPI（Serial Periheral Interface）是由Motorrola公司开发的一种通用数据总线。
四根通信线：SCK（Serial Clock）、MOSI（Master Output Slave Input）、MISO（Master Input Slave Output）、SS（Slave Select）
同步全双工
支持总线挂载多设备（一主多从）

硬件电路

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。SS线低电平有效，要指定从机则将相应的SS线置低电平，同一时间只能指定一个从机以防冲突。
输出引脚配置为推挽输出，强高低电平驱动，上升沿下降沿均迅速，传输速度远高于I2C。但从机输出仍可能存在冲突，因此SPI规定从机未被选中时需输出高阻态。
输入引脚配置为浮空或上拉输入。

移位示意图

SPI高位先行，时钟驱动移位寄存器左移，时钟源由主机的波特率发生器提供。主机移位寄存器移出的数据通过MOSI输入到从机移位寄存器的右端，从机移位寄存器移出的数据通过MISO输入到主机移位寄存器的右端。波特率发生器的上升沿（下降沿）驱动移位寄存器向左移出一位放在引脚上；下降沿（上升沿）驱动引脚上的位采样移入到移位寄存器空出的最低位。八个时钟之后，主机和从机交换一个字节的数据，交换字节是SPI通信的基础。只发不收则不读取从机输入的数据，只收不发则可向从机发送0x00或0xFF置换从机的数据。

SPI时序基本单元

起始条件：SS高→低
终止条件：SS低→高

SPI在移位时序上提供了CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）两个可配置的位以兼容更多芯片，不同的配置组合构成了四种模式，其中模式0应用最多。

交换一个字节（模式0）
CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平
CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据（第一个边沿指SCK跳出空闲状态产生的边沿，此处为上升沿），第二个边沿移出数据（第二个边沿与第一个边沿相反）

交换一个字节（模式1）
CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平
CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

交换一个字节（模式2）
CPOL=1：空闲状态时，SCK为高电平
CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据

交换一个字节（模式3）
CPOL=1：空闲状态时，SCK为高电平
CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

SPI时序（W25Q64芯片）

SPI通常采用指令码+读写数据的流程，从机中会定义一个指令集。SPI起始后，第一个发送给从机的数据一般为指令码指导从机完成相应的功能，随后根据指令要求继续收发数据。

发送指令
向SS指定的设备发送指令（0x06，对应W25Q64芯片写使能指令）

指定地址写
向SS指定的设备，发送写指令（0x02），随后在指定地址（包含24位地址的三个字节Address[23:0]，高位先行）下，写入指定数据（Data，图中为0x55）。SPI也有地址指针，可随地址自增连续写入多个字节。

指定地址读
向SS指定的设备，发送读指令（0x03），随后在指定地址（Address[23:0]）下，读取从机数据（Data，主机发送0xFF置换从机的0x55）。可随地址自增连续读取多个字节。

W25Q64简介

W25Qxx系列是一种小成本、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，二重SPI）/320MHz（Quad SPI，四重SPI），后两种类似使用多个SPI数据线并行传输，了解即可。
W25Qxx的存储容量（24位地址）为xxMbit

硬件电路

引脚	功能
VCC、GND	电源（2.7~3.6V）
CS（SS）	SPI片选
CLK（SCK）	SPI时钟
DI（MOSI）	SPI主机输出从机输入
DO（MISO）	SPI主机输入从机输出
WP	写保护
HOLD	数据保持

中途需要释放总线时，可以将HOLD引脚置低电平，芯片会记住当前时序，需要继续之前的时序时再将HOLD置回高电平。

括号内的IO $_x$ 为使用双重SPI和四重SPI时用于充当SPI数据线的引脚，了解即可。

上图为W25Qxx模块原理图，J1为引出的排针，D1为电源指示灯。

W25Q64框图

红色方框为存储器规划示意图，存储器分为128×64KB块，每个块分为16×4KB扇区，每个扇区分为16×256Byte页。每个块和扇区的左下角和右上角为对应的起始和终止地址，块和扇区同一行的左端和右端为页的起始和终止地址。

左下角为SPI控制逻辑（SPI Command & Control Logic），自动完成地址锁存、数据读写操作。控制逻辑左侧为与主控芯片相连的通信引脚，主控芯片通过SPI协议将指令和数据发给控制逻辑，控制逻辑自动操作内部电路完成相应功能。控制逻辑上方为状态寄存器（Status Register），与忙状态、写使能/保护有关，后文详细介绍。再上方为配合WP引脚实现写保护的写控制逻辑（Write Control Logic）。SPI控制逻辑往右有高电压生成器（High Voltage Generator），配合Flash进行编程，通过高电压刺激实现掉电不丢失；页/字节地址锁存/计数器（Page/Byte Address Latch/Counter）用于指定地址，三字节地址的前两个字节进入页地址锁存/计数器，最后一个字节进入字节地址锁存/计数器。页地址通过写保护和行解码（Write Protect Logic & Row Decode）选择操作哪一页，字节地址通过列解码和256字节页缓存（Column Decode & 256-Byte Page Buffer）进行指定地址读写操作，写入数据先存储在页缓存区以跟上SPI传输速度，等数据写完（连续写入不超过256字节），芯片再将数据从缓存区转移到Flash存储器，此时芯片进入忙状态，将状态寄存器BUSY位置一，不会响应新的读写时序。计数器使地址指针在读写后自动加一。

Flash操作注意事项

Flash存储器为了实现掉电不丢失，同时保证存储容量足够大、成本足够低，在操作的便捷性上做出了妥协。

写入操作

写入操作前，必须先进行写使能。
每个数据位只能由1改写为0，不能由0改写为1。
为弥补上一条限制，写入数据前必须先擦除，擦除后，所有数据位变为1
擦除必须按最小擦除单元（一个扇区）进行，若想保留部分字节必须先读取作为备份
由于页缓存区存在，连续写入多字节时，最多（从起始位置）写入一页256Byte的数据，超过页尾位置的数据，会回到页首覆盖写入
写入操作结束后，芯片进入忙状态，不响应新的读写操作，读取到状态寄存器BUSY位为0时再进行

读取操作

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。

状态寄存器

W25Q64有两个状态寄存器，我们只关注重要的状态寄存器1的前两位。第一个位为前文介绍过的BUSY位，第二个位为写使能锁存位WEL。执行写使能指令后，WEL置一，代表芯片可以进行写入操作。写失能则使WEL清零，芯片刚上电、执行写失能、页编程、擦除指令都会触发写失能，因此任何写入操作前都需要写使能。

指令集

本实验涉及以下指令：

功能	指令	数据
写使能	0x06
写失能	0x04
读状态寄存器1	0x05	交换读取一字节状态寄存器1配置
页编程（写数据）	0x02	写入三字节地址和一字节数据后续字节随地址自增依次存储
扇区擦除	0x20	写入三字节地址
读JEDEC ID	0x9F	交换三字节ID（一字节厂商ID+两字节设备ID）
读取数据	0x03	写入三字节地址，交换读取一字节数据后续字节随地址自增依次读取

实验26 软件SPI读写W25Q64

接线图

SPI协议层

MySPI.h

#ifndef __MYSPI_H
#define __MYSPI_Hvoid MySPI_Init(void);
void MySPI_Start(void);
void MySPI_Stop(void);
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend);#endif

MySPI.c

#include "stm32f10x.h"//封装输出引脚写
void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);
}void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue);
}void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue);
}//封装输入引脚读
uint8_t MySPI_R_MISO(void)
{return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6);
}void MySPI_Init(void)
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//除MISO为上拉输入，其余为推挽输出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_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7);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);GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_6);//初始化引脚默认电平//不选中从机MySPI_W_SS(1);//模式0时钟空闲低电平MySPI_W_SCK(0);
}//起始信号
void MySPI_Start(void)
{MySPI_W_SS(0);
}//终止信号
void MySPI_Stop(void)
{MySPI_W_SS(1);
}//交换字节（模式0）
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{uint8_t i, ByteReceive = 0x00;for(i = 0;i < 8;i++){//软件无法同时执行两条语句，因此先产生边沿再操作数据MySPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80 >> i));MySPI_W_SCK(1);//上升沿移入字节if(MySPI_R_MISO())ByteReceive |= (0x80 >> i);MySPI_W_SCK(0);//下降沿移出字节（接循环开头）}//若使用其他模式//改变极性则交换时钟写1和写0语句//改变相位则将时钟提前到读写操作之前return ByteReceive;
}

W25Q64驱动层

W25Q64.h

#ifndef __W25Q64_H
#define __W25Q64_Hvoid 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

W25Q64.c

#include "stm32f10x.h"
#include "MySPI.h"
#include "W25Q64_Ins.h"void W25Q64_Init(void)
{MySPI_Init();
}//读JEDEC ID，指针实现多参数返回，MID厂商ID，DID设备ID
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID)
{MySPI_Start();//指令MySPI_SwapByte(W25Q64_JEDEC_ID);//置换ID数据*MID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);//DID先高八位后低八位*DID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);*DID <<= 8;*DID |= MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);	MySPI_Stop();
}//写使能，在页编程和扇区擦除开头使用
void W25Q64_WriteEnable(void)
{MySPI_Start();MySPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE);MySPI_Stop();
}//等待BUSY，在页编程和扇区擦除末尾使用
void W25Q64_WaitBusy(void)
{MySPI_Start();MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1);//等待状态寄存器1最低位BUSY清零while((MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE) & 0x01) == 0x01);MySPI_Stop();
}//页编程
//参数为地址（C语音无24位使用32位）、字节数组、写入字节个数（0-256使用16位）
void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Count)
{uint16_t i;W25Q64_WriteEnable();MySPI_Start();MySPI_SwapByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM);//地址高位先行，移位后程序自动接收低八位MySPI_SwapByte(Address >> 16);MySPI_SwapByte(Address >> 8);MySPI_SwapByte(Address);//写入数据for(i = 0;i < Count;i++){MySPI_SwapByte(DataArray[i]);}MySPI_Stop();W25Q64_WaitBusy();
}//扇区擦除
void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address)
{W25Q64_WriteEnable();MySPI_Start();MySPI_SwapByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB);MySPI_SwapByte(Address >> 16);MySPI_SwapByte(Address >> 8);MySPI_SwapByte(Address);MySPI_Stop();W25Q64_WaitBusy();
}//读取数据
//Count无限制，给最大类型
void W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count)
{uint32_t i;MySPI_Start();MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_DATA);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();
}

主程序

#include "stm32f10x.h" 
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "W25Q64.h"uint8_t MID;
uint16_t DID;
//写入数组
uint8_t ArrayWrite[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04};
uint8_t ArrayRead[4];int main(void)
{OLED_Init();W25Q64_Init();OLED_ShowString(1, 1, "MID:   DID:");OLED_ShowString(2, 1, "W:");OLED_ShowString(3, 1, "R:");W25Q64_ReadID(&MID, &DID);OLED_ShowHexNum(1, 5, MID, 2);OLED_ShowHexNum(1, 12, DID, 4);	//写入前擦除，地址尽量对齐扇区起始地址（低三位为000）W25Q64_SectorErase(0x000000);W25Q64_PageProgram(0x000000, ArrayWrite, 4);W25Q64_ReadData(0x000000, ArrayRead, 4);OLED_ShowHexNum(2, 3, ArrayWrite[0], 2);OLED_ShowHexNum(2, 6, ArrayWrite[1], 2);OLED_ShowHexNum(2, 9, ArrayWrite[2], 2);OLED_ShowHexNum(2, 12, ArrayWrite[3], 2);OLED_ShowHexNum(3, 3, ArrayRead[0], 2);OLED_ShowHexNum(3, 6, ArrayRead[1], 2);OLED_ShowHexNum(3, 9, ArrayRead[2], 2);OLED_ShowHexNum(3, 12, ArrayRead[3], 2);while(1){}
}

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学习目标通过参加考试，训练学习能力，而非单纯以拿证为目的。 1.在复习过程中，训练快速阅读能力、掌握三遍读书法、运用番茄工作法。 2.从底层逻辑角度理解知识点，避免死记硬背。 3.通过考试验证学习效果。学习阶段快速阅读 …...

编程日记 2025/7/10 13:01:44

大连理工大学选修课——机器学习笔记（3）：KNN原理及应用

KNN原理及应用机器学习方法的分类基于概率统计的方法 K-近邻（KNN）贝叶斯模型最小均值距离最大熵模型条件随机场（CRF）隐马尔可夫模型（HMM） 基于判别式的方法决策树（DT）感知机…...

编程日记 2025/7/6 19:51:32

09 Python字典揭秘：数据的高效存储

文章目录一.字典是什么1.字典的特点二.字典的创建和使用三.字典的操作1.访问元素2.修改元素3.删除元素4.遍历字典5.成员运算四.字典方法1.获取字典中的指定元素2.获取字典中的元素3.字典合并4.删除元素一.字典是什么在 Python 中，字典（dict&#x…...

编程日记 2025/7/9 4:33:41

20250430在ubuntu14.04.6系统上完成编译NanoPi NEO开发板的FriendlyCore系统【严重不推荐，属于没苦硬吃】

【开始编译SDK之前需要更新源】 rootrootubuntu:~/friendlywrt-h3$ sudo apt update 【这两个目录你在ubuntu14.04.6系统上貌似git clone异常了】 Y:\friendlywrt-h3\out\wireguard Y:\friendlywrt-h3\kernel\exfat-nofuse 【需要单线程编译文件系统，原因不明】 Y:…...

编程日记 2025/7/8 10:03:53

第五部分：进阶项目实战

在前面的学习中，我们已经掌握了图像和视频的基础操作、增强滤波、特征提取以及一些基础的目标检测方法。现在，我们将综合运用这些知识来构建一些更复杂、更实用的应用项目。这一部分的项目将结合前面学到的技术，并介绍一些新的概念和工具&a…...

编程日记 2025/7/2 6:49:43

【Linux】记录一个有用PS1

PS1 是用来定义shell提示符的环境变量下面是一个带有颜色和丰富信息的 Linux PS1 配置示例，包含用户名、主机名、路径、时间、Git 分支和退出状态提示： # 添加到 ~/.bashrc 文件末尾 PS1\[\e[1;32m\]\u\[\e[m\] # 绿色粗体用户名 PS…...

编程日记 2025/7/9 5:41:24

【SpringBoot】基于mybatisPlus的博客管理系统（2）

目录 1.实现用户登录 Jwt令牌 1.引入依赖 2.生成令牌（token） Controller Service Mapper 2.实现强制登录定义拦截器： 配置拦截器： 1.实现用户登录在之前的项目登录中，我使用的是Session传递用户信息实现校验…...

编程日记 2025/7/12 8:21:29

免费在Colab运行Qwen3-0.6B——轻量高性能实战

Qwen一直在默默地接连推出新模型。每个模型都配备了如此强大的功能和高度量化的规模，让人无法忽视。继今年的QvQ、Qwen2.5-VL和Qwen2.5-Omni之后，Qwen团队现在发布了他们最新的模型系列——Qwen3。这次他们不是发布一个而是发布了八个不同的模型——参数范围从6亿到235…...

编程日记 2025/7/5 18:27:45

精益数据分析（35/26）：SaaS商业模式关键指标解析

精益数据分析（35/26）：SaaS商业模式关键指标解析在创业与数据分析的征程中，我们持续探索不同商业模式的运营奥秘。今天，我们带着共同进步的期望，深入研读《精益数据分析》，聚焦SaaS商业模式&am…...

编程日记 2025/7/9 7:45:42

【论文速读】《Scaling Scaling Laws with Board Games》

论文链接：https://arxiv.org/pdf/2104.03113 《Scaling Scaling Laws with Board Games》：探索棋盘游戏中的扩展规律摘要如今，机器学习领域中规模最大的实验所需的资源，超出了仅有几家机构的预算。幸运的是，最近的…...

编程日记 2025/7/10 1:19:27

C++ 与多技术融合的深度实践：从 AI 到硬件的全栈协同

在数字化技术高速发展的今天，C 凭借其卓越的性能优势和底层控制能力，成为连接上层应用与底层硬件的核心纽带。这种独特定位使其在与 AI 深度学习、Python 生态及硬件加速技术的融合中展现出不可替代的价值，构建起从算法实现到硬件优化的全栈技…...

编程日记 2025/7/8 8:55:26

AdaBoost算法的原理及Python实现

一、概述 AdaBoost（Adaptive Boosting，自适应提升）是一种迭代式的集成学习算法，通过不断调整样本权重，提升弱学习器性能，最终集成为一个强学习器。它继承了 Boosting 的基本思想和关键机制，但在…...

编程日记 2025/7/11 13:55:27

无刷马达驱动芯片算法逐步革新着风扇灯行业--其利天下

风扇灯市场热度持续攀升，根据行业数据，风扇灯市场规模从2010年的100亿元增长至2019年的200亿元，年均复合增长率超10%，预计2025年将达30%，借此其利天下有限公司进一步提升了无刷风扇灯驱动方案。一、性能参数电压&a…...

编程日记 2025/7/2 6:18:45

数据库系统综合应用与深度实践指南

前言在当今数据驱动的时代，数据库技术已成为信息系统的核心支柱。从简单的数据存储到复杂的企业级应用，数据库系统支撑着现代社会的方方面面。本文作为一篇综合性的数据库科普文章，旨在为读者提供从基础到进阶的完整知识体系，涵…...

编程日记 2025/7/8 2:06:37

「Unity3D」TextMeshPro使用TMP_InputField实现，输入框高度自动扩展与收缩

先看实现效果： 要实现这个效果，有三个方面的问题需要解决： 第一，输入框的高度扩展，内部子元素会随着锚点，拉伸变形——要解决这个问题，需要将内部元素改变父类，然后增加父类高度&am…...

编程日记 2025/7/2 6:49:25

SAP-ABAP：在SAP系统中，COEP表（成本控制对象行项目表）详解

在SAP系统中，**COEP表（成本控制对象行项目表）**是成本控制（CO）模块的核心数据表之一，主要用于存储与成本核算相关的详细行项目数据。以下是对其作用的详细解析： 一、 COEP表的核心作用存储成本…...

编程日记 2025/7/12 1:49:05

crashpad 编译

一环境配置 1.1设置系统UTF8编码 1.2vs2017语言环境设置英文包二.获取depot_tools（此步骤可以跳过最新工具包已上传下载使用即可） windows下载压缩包，然后放到系统PATH中下载完以后，基本就是靠depot_tools这个工具集合了&am…...

编程日记 2025/7/9 11:31:40

Windows系统安装Docker（Win10系统升级，然后安装）

有时需要在自己笔记本跑下代码，所以安装Dockers，步骤如下： 1. 升级系统（Windows10专业版或者Windows11） Windows10家庭版装Docker较麻烦，所以我将Win10升级为Win11了（免费）&#x…...

编程日记 2025/7/13 1:17:12

【Fifty Project - D21】

今日完成记录 TimePlan完成情况9：00 - 10：00爬楼梯√12：00 - 14：00Leetcode√14：00 - 15：00《挪威的森林》√ Leetcode 每日一题今天的每日一题是个easy：给定一个数组，要求统计…...

编程日记 2025/7/7 6:26:44

中央网信办部署开展“清朗·整治AI技术滥用”专项行动

为规范AI服务和应用，促进行业健康有序发展，保障公民合法权益，近日，中央网信办印发通知，在全国范围内部署开展为期3个月的“清朗整治AI技术滥用”专项行动。中央网信办有关负责人表示，本次专项行动分两个阶…...

编程日记 2025/7/2 6:49:15

《Python实战进阶》 No46：CPython的GIL与多线程优化

Python实战进阶 No46：CPython的GIL与多线程优化摘要全局解释器锁（GIL）是CPython的核心机制，它保证了线程安全却限制了多核性能。本节通过concurrent.futures、C扩展优化和多进程架构，实战演示如何突破GIL限制&#…...

编程日记 2025/7/11 19:49:59

目录

SPI通信

硬件电路

移位示意图

SPI时序基本单元

SPI时序（W25Q64芯片）

W25Q64简介

硬件电路

W25Q64框图

Flash操作注意事项

状态寄存器

指令集

实验26 软件SPI读写W25Q64

接线图

SPI协议层

W25Q64驱动层

主程序

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