1. 硬件连接

2. SPI通讯协议

3. W25Q64 简介

4. 程序详解

4.1 main.c

4.2 SPI.c

4.3 SPI.h

4.4 W25Q128.c

4.5 W25Q128.h

4.6 OLED.c

4.7 OLED.h

4.8 OLED_Font.h

5. 实验结果

我们都知道，SPI 和 IIC 一样，都可以通过硬件方式和软件方式来驱动，在上一节，我们学习如何通过STM32F4的硬件去驱动SPI，本节我们学习如何通过软件模拟SPI，软件模拟SPI的最大好处就是引脚的灵活性，只要可以控制引脚输出高低电平，形成SPI通讯时序，那么任何四个引脚都可以充当 MOSI、MISO、SCL、CS；

对硬件驱动SPI（以及SPI时序、SPI相关基础知识）有疑问的，请移至：

STM32F4_SPI协议详解_light_2025的博客-CSDN博客

1. 硬件连接

本次使用的是STM32F407开发板，既然是使用软件去模拟SPI，那么就不再使用开发板的外设资源，也就是不再使用开发板上的PB3、PB4、PB5、PB14引脚了；

首先，使用软件模拟SPI首先需要知道SPI的通讯时序，需要控制相应的引脚输出高低电平来形成SPI的通讯时序；本节使用的Flash芯片是下述的这款（江科大的面包板套件中的这款），通过STM32F4外接杜邦线接到这个引脚来读写该芯片，通过外接OLED来显示现象；

VCC --- 3.3V

GND --- GND

CS --- PB6

DO(MISO) --- PB7

CLK --- PB8

DI(MOSI) --- PB9

GND --- GND

VCC --- 3.3V

SCL --- PE5

SDA --- PE6

2. SPI通讯协议

下图是 SPI 主从机的 MOSI 和 MISO 进行数据交换的示意图：

SPI 主机内部有一个波特率发生器，用来产生时钟SCK，波特率发生器产生时钟驱动主机的移位寄存器进行移位，同时产生时钟驱动从机的移位寄存器。SPI 通讯是高位在前，当 SCK 上升沿时，主机移位寄存器的最高位移至 MOSI 数据线上，从机的最低位移至 MISO 数据线上；SCK 低电平期间，MOSI 数据线上的数据移至 SPI 从机，MISO 数据线上的数据移至 SPI 主机；以此完成一位的交换；（更通俗易懂点就是：第一次交换时，SCK高电平期间，主机的最高位1放到MOSI数据线上，从机的最低位1放到MISO数据线上，SCK低电平期间，MOSI数据线上的数据移至从机的最低位，MISO数据线上的数据移至主机的最低位，这样经过8次循环，就可以完成一个字节的交换，并且每次循环都会将最低位的值逐步移到移位寄存器的最高位，保证了SPI高位在前的原则）

SPI 时序基本单元：

起始条件：SS从高电平切换到低电平

终止条件：SS从低电平切换到高电平

根据CPOL和CPHA的变化（CPOL和CPHA在STM32F4硬件驱动SPI有介绍），交换一个字节，可以产生4种模式：分别是模式0、模式1、模式2、模式3；

交换一个字节（模式0）

CPOL=0：空闲状态下，SCK为低电平

CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据（在硬件驱动SPI时，将这一过程称作奇数边沿采样或者偶数边沿采样）

交换一个字节（模式1）

CPOL=0：空闲状态下，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（本节写程序时用的就是模式1，通过下图可以发现，SS低电平时，从机被选中，SCK处于低电平，当SCK高电平时，MOSI和MISO进行数据交换，SCK低电平期间，最高位的数据交换完成）

交换一个字节（模式2）

CPOL=1：空闲状态下，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：空闲状态下，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

//交换一个字节，SPI是全双工通讯，MOSI和MISO同时进行工作，也就是发送和接收是同时开始的，所以SPI的通讯速率比IIC要快
unsigned char MySPI_SwapByte(unsigned char ByteSend)
{
    //交换的原则就是根据SCK高低电平的变换，将MOSI和MISO数据线上数据进行移入和移出
    unsigned char i,ByteReceive = 0x00;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_9,(ByteSend&(0x80>>i))); //初始化SCK低电平，所以SCK低电平期间，主机取出要发送数据的最高位放在MOSI数据线上
        GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_8,Bit_SET); //SCK置高电平
        if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_7)==1) //因为SPI发送和接收是同步进行的，所以主机将数据放至MOSI数据线的同时，从机也将数据放至MISO数据线上了
            //此时读取MISO数据线的电平，因为PA7设置上拉输入，所以若PA7引脚为高电平，则表示有数据交换
        {
            ByteReceive = ByteReceive | (0x80>>i);//将接收的这一位放至变量ByteReceive的最高位，依次移位，获取完成的一个字节
        }
        GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_8,Bit_RESET); //SCK置低电平，完成一位的发送接收
    }
    return ByteReceive;
    //这里解释一下，为什么只判断了主机的电平变换，因为SPI可以设置主发送主接收、主发送从接收、主接收从发送；
    //所谓设置模式，简单来说就是，你可以发送，但是我不看你发送的内容就是了；
}

3. W25Q64 简介

W25QXX 系列是一种低成本、小型化、使用简单的非易失性存储器，常应用于数据存储、子库存储、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）/320MHz（Quad SPI）

存储容量（24位地址）：

W25Q40： 4Mbit / 512KByte
- W25Q80： 8Mbit / 1MByte
  - W25Q16： 16Mbit / 2MByte
    - W25Q32： 32Mbit / 4MByte
      -                 W25Q64： 64Mbit / 8MByte
                        W25Q128： 128Mbit / 16MByte
                        W25Q256： 256Mbit / 32MByte

DO、/WP、/HOLD、DI 这四个引脚用于双重SPI和四重SPI使用，如果需要使用双重SPI或者四重SPI，那么只需要将这四个引脚接到STM32的GPIO口上即可；

W25Qxx的划分通常是首先分为若干个块Block，每个块又分为若干个扇区Sector，每个扇区又分为若干个页Page；

Flash 操作注意事项：

写入操作时：

• 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（这是Flash的擦除规则，假设原本地址是1010 1010 ，想要写入0101 0101，第二位0是不能变为1的，所以最终结果是0000 0000）

• 写入数据前必须先擦除，擦除后，所有数据位变为 1（要写入新数据必须先先擦除整个扇区，擦除后整个扇区都是1）

• 擦除必须按最小擦除单元进行（意思就是说：擦除必须擦除一个最小单元（可以是一个扇区，也可以是一页），倘若我想要擦除某个字节，那么只能先将数据复制保存至某个缓存区，然后擦除整页，最后再进行擦除某个字节的操作）

• 连续写入多字节时，最多写入一页的数据，超过页尾位置的数据，会回到页首覆盖写入（就是说：倘若要写入的字节数超过了这一页最多能容纳的字节数，那么就会从起始位置开始覆盖）

• 写入操作结束后，芯片进入忙状态，不响应新的读写操作（写入操作结束后，芯片内部Flash会有一个搬运的过程，这个时候芯片会进入忙状态，可以通过获取状态寄存器的最低位BUSY来获取芯片当前的状态，倘若BUSY=0，表示芯片忙完了，BUSY=1，表示芯片还在忙）

读取操作时：

• 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

W25Q64芯片的指令集：

第一个Winbond Serial Flash就是厂商ID，0xEF（h后缀表示是十六进制）；第二个Device ID是设备ID，0x4017

Write Enable是写使能，只需要调用我们已经写好的MySPI_SwapByte写入0x06即可，后需不需要再跟任何操作即可完成写使能；

Read Status Register-1是度状态寄存器，调用MySPI_SwapByte写入0x05的前提下，还需要发送所需要读取的位0~位7；

Page Program是对页进行操作，调用MySPI_SwapByte写入0x02的前提下，需要写入24位地址，分三次写，因为MySPI_SwapByte每次只能写三位，最后读出这24位地址上的数据 D7~D0；

Block Erase(64KB)、Block Erase(32KB)是擦除块，分别擦除64KB、32KB；

Sector Erase(4KB)是擦除删除，每次擦除4KB；调用MySPI_SwapByte写入0x20的前提下，写入24位地址，即可将这24位地址上的数据进行擦除；

JEDEC ID是读取ID的操作，调用MySPI_SwapByte写入0x9F的前提下，读取MF7~MF0，8位厂商ID，在分别读取设备ID的高八位 ID15~ID8 和低八位 ID7~ID0；

Read Data是读取数据的操作，调用MySPI_SwapByte写入0x03的前提下，分三次写入要读取的地址A23~A0，最后读取这24位地址上的数据 D7~D0；