摘要:在單片機開發板上或者是核心板上通常會看到除了MCU之外的的芯片—EEPROM和FLASH,一般是AT24CXX、W25QXX這兩顆芯片。但在利用單片機做一些項目的時候,比如做一個小車,驅動一些外設、顯示一些溫濕度信息等,卻發現一般沒有用到這些芯片。
在做一些顯示的時候卻會用到。他們與單片機之間的通信方式就是IIC和SPI通信,在單片機的開發中用到的非常多。很多小伙伴就會說了,用OLED來顯示一些數據,IIC通信直接用別人的代碼,驅動SD卡或者NRF24L01直接拿別人的SPI代碼就可以啊,難道我還自己去寫驅動嗎?當然需要,學會了這些操作,層次就會提高很多,不信那就接著往下看!
EEPROM AT24C02存儲器學單片機的時候大家可能有一個問題,為啥是IIC讀寫EEPROM,而不是讀寫其他的東西。為什么大部分的單片機開發教程都教我利用IIC通信來讀寫EEPROM這顆AT24C02芯片?4針0.96寸OLED也是IIC操作的,為啥他們不叫我如何利用IIC通信來操作OLED?原因很簡單,主要是讀寫EEPROM你學完了沒有成就感,會讀寫EEPROM又怎么樣?歸根到底是沒有掌握IIC體會到IIC通信的重要性。
今年疫情很嚴重,有一款紅外測溫芯片mlx90641就是通過IIC來讀取溫度的。我想如果教程是IIC讀寫紅外測溫芯片,大家可能會比較感興趣。言歸正傳,來說一說EEPROM。ROM是“Read Only Memory”的縮寫,意為只能讀的存儲器。由于技術的發展,后來設計出了可以方便寫入數據的 ROM,而這個“Read Only Memory”的名稱被沿用下來了。EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)是電可擦除存儲器。EEPROM 可以重復擦寫,EEPROM 是一種掉電后數據不丟失的存儲器,常用來存儲一些配置信息,以便系統重新上電的時候加載之。它的擦除和寫入都是直接使用電路控制,不需要再使用外部設備來擦寫。而且可以按字節為單位修改數據,無需整個芯片擦除。現在主要使用的ROM芯片都是EEPROM。24C02是一個2K Bit的串行EEPROM存儲器(掉電不丟失),內部含有256個字節,在24C02里面有一個8字節的頁寫緩沖器。
操作任何的IIC設備一般都要知道從機地址,也就是利用單片機操作讀寫的那個設備的地址。一般來說對于IIC設備地址是7位,其中高 4 位固定為:1010 b,低 3 位則由 A0/A1/A2信號線的電平決定。所以一個IIC總線上可以掛載2^3=8個EEPROM芯片,當然一般一個單片機只有一塊EEPROM芯片,所以我們直接把這個A2A1A0接地即可,當然接VCC也沒有問題,如果接GND那么地址就是1010000(0X50),如果接VCC那么地址就是1010111(0X57)。
因為24C02是一個2K Bit的串行EEPROM存儲器(掉電不丟失),內部含有256個字節。也就是說有256個存儲單元,一個字節就是一個存儲單元,因為每個字節可以出存256個數,也就是說每個存儲單元可以存0~255個數。我們可以這樣理解,AT24C02是一棟教學樓,這個教學樓有256個房間(存儲單元),沒每個房間可以容納256個學生(每個存儲單元可以存儲0 ~ 255個數)。
而且這個芯片在斷電的時候數據不會丟失,利用掉電不會丟失以及這款芯片容量不大的特性,可以大致判斷它會在哪些地方可以用到。比如我們看電視得時候,正在看CCTV6電影頻道,播放的聲音比較大,那么這時候正好停電了。那么你下次來電時你打開電視機,電視機默認肯定是CCTV6電影頻道,播放的聲音也是很大。那么這些“頻道”、“音量”這些數據就存在EEPROM里面,至于是不是ATC02就不一定了。
總結:
存儲量少,用起來方便
可以任意訪問地址數據,每一個存儲單片可以獨立訪問,
寫入前是不需要對寫入的單片做獨立的擦除
這三個特點對我們理解存儲器的特性非常重要,因為接下來要說的FLASH芯片的特性就與它完全相反。
FLASH W25Q128存儲器
FLSAH字面意思就是閃現、一瞬間的意思,所以FLSAH存儲器又稱閃存,與 EEPROM都是掉電后數據不丟失的存儲器,但FLASH存儲器容量普遍大于 EPROM,現在基本取代了它的地位。生活中常用的 U 盤、SD卡、SSD 固態硬盤以及我們 STM32 芯片內部用于存儲程序的設備,都是 FLASH 類型的存儲器。在存儲控制上,最主要的區別是 FLASH 芯片只能一大片一大片地擦寫,而 EEPROM可以單個字節擦寫。
FLASH 芯片的最小擦除單位為扇區(Sector),而一個塊(Block)包含 16 個扇區,4Kbytes為一個Sector,16個扇區為1個Block。W25Q64 容量為8M字節(即 64M bit), 分為128塊(Block),每一塊的大小為64K字節,每塊又分為16個扇區(Sector),那么每個扇區就是4K個字節。W25Q128 容量為16M字節(即 128M bit),分為256塊(Block),每一塊的大小為64K字節,每塊又分為16個扇區(Sector),那么每個扇區就是4K個字節(4096個字節,也就是4096個存儲單元)。
W25Qxx的最小擦除單位為一個扇區,也就是每一次必須擦除4K字節。所以必須給W25Qxx開辟至少4K的緩沖區,這樣對單片機的RAM的要求比較高,要求芯片必須有4K以上的RAM才能很好的操作。所有的FLASH我們在寫之前都要擦出對應的扇區,擦除后的數據是0XFF。我們可以這樣理解。我們要改寫FLASH芯片W25Q128的一個扇區中某一個數據,就必須在STM32芯片的內部RAM中開辟4K字節(4096字節)的緩沖區域。先把FLASH芯片W25Q128的一個扇區中數據全部讀到STM32芯片的內部RAM中開辟4K字節(4096字節)的緩沖區域中去,把我們要改寫的數據在緩沖區域改寫好之后,再把FLASH芯片W25Q128的一個扇區中的數據全部擦除完畢,擦除完成之后再把數據寫回去。這是寫入數據的操作,在讀數據的時候不需要以扇區為單位,想讀哪個扇區就讀哪個扇區的數據。
/************************************************************************* * Function Name : SPI_Flash_Write * Description : 在指定地址開始寫入指定長度的數據,該函數帶擦除操作! * Input : *pBuffer:要寫入數據的指針 WriteAddr:開始寫入的地址(24bit) NumByteToWrite:要寫入的字節數(最大16 x 1024 x 1024) * Output : None * Return : None
****************************************************************************/ void SPI_Flash_Write(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite) { u8 NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0, temp = 0; Addr = WriteAddr % 4096;//mod運算求余,若writeAddr是4096整數倍,運算結果Addr值為0 NumOfPage = NumByteToWrite / 4096;//計算出要寫多少整數扇區 NumOfSingle = NumByteToWrite % 4096;//mod
運算求余,計算出剩余不滿一扇區的字節數 count = 4096 - Addr;//差count個數據值,剛好可以對齊到扇區地址 if (Addr == 0)//Addr=0,則WriteAddr剛好按扇區對齊或者說小于一個扇區 { //NumByteToWrite 《 4096,寫入的字符串大小長度小于一個扇區(4096個字節)的大小,如22 if (NumOfPage == 0) { SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite); } else //NumByteToWrite 》 4096,寫入的字符串大小長度大與一個扇區(4096個字節)的大小,如4098 { //先把整數扇區都寫了 while (NumOfPage--) { SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, 4096); WriteAddr += 4096; pBuffer += 4096; } //若有多余的不滿一扇區的數據,把它寫完
SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle); } } //若地址與 4096 不對齊 else //Addr不等于0,則要寫入的WriteAddr地址與4096不對齊 { //NumByteToWrite 《 4096 if (NumOfPage == 0)//大小不夠一個扇區,如22 { //當前頁剩余的count個位置比NumOfSingle小,一扇區寫不完 if (NumOfSingle 》 count) { temp = NumOfSingle - count; //先寫滿當前扇區 SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, count); WriteAddr += count; pBuffer += count; //再寫剩余的數據 SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, temp); } else //當前扇區剩余的count個位置能寫完
NumOfSingle個數據 { SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite); } } else //NumByteToWrite 》 4096 //大小夠一個扇區,而且還超出一點點,如4098 { //地址不對齊多出的count分開處理,不加入這個運算 NumByteToWrite -= count; NumOfPage = NumByteToWrite / 4096; NumOfSingle = NumByteToWrite % 4096; //先寫完count個數據,為的是讓下一次要寫的地址對齊 SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, count); //接下來就重復地址對齊的情況
*/ WriteAddr += count; pBuffer += count; //把整數扇區都寫了*/ while (NumOfPage--) { SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, 4096); WriteAddr += 1096; pBuffer += 4096; } //若有多余的不滿一扇區的數據,把它寫完 if (NumOfSingle != 0) { SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle); } } } }
總結:
/********************************************************************** * Function Name : SPI_Flash_Read * Description : 在指定地址開始讀取指定長度的數據 * Input : *pBuffer:存儲讀出數據的指針 ReadAddr:開始讀取的地址(24bit) NumByteToRead:要讀取的字節數(最大 16 x 1024 x 1024) * Output : None * Return : None ************************************************************************/ void SPI_Flash_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead) { u16 i; SPI_FLASH_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(CMD_W25X_ReadData); //發送讀取命令 SPI1_ReadWriteByte((ReadAddr& 0xFF0000)》》16); //發送扇區地址的高8bit SPI1_ReadWriteByte((ReadAddr& 0xFF00)》》8); //發送扇區地址的中間8bit SPI1_ReadWriteByte( ReadAddr& 0xFF); //發送扇區地址的低8bit for(i=0;i《NumByteToRead;i++) { pBuffer[i]=SPI1_ReadWriteByte(0XFF); //循環讀數 } SPI_FLASH_CS=1; //取消片選 } 總結:
存儲量大
不能任意訪問字節地址數據,每一個存儲單片不可以獨立訪問,最小讀取單元是一個扇區
寫入前是必須對寫入的扇區做獨立的擦除操作。擦除的目的是使存儲單元的數據全為1
SD卡大容量存儲器SD 卡(Secure Digital Memory Card)在我們生活中已經非常普遍了,控制器對 SD卡進行讀寫通信操作一般有兩種通信接口可選,一種是 SPI接口,另外一種是 SDIO 接口。SDIO全稱是安全數字輸入/輸出接口,多媒體卡(MMC)、SD卡、SD I/O 卡(專指使用SDIO 接口的一些輸入輸出設備)都可使用 SDIO 接口通訊。STM32F10x 系列控制器有一個 SDIO 主機接口,它支持與上述使用 SDIO 接口的設備進行數據傳輸。
STM32F10x 系列控制器只支持 SD 卡規范版本 2.0,即只支持標準容量SD和高容量 SDHC 標準卡,不支持超大容量 SDXC 標準卡,所以可以支持的最高卡容量是 32GB。SD 卡一般都支持 SDIO 和 SPI 這兩種接口。另外,STM32F42x 系列控制器的 SDIO 是不支持 SPI通信模式的,如果需要用到 SPI通信只能使用 SPI外設。因為SPI通信方式操作SD卡的數據線只有一根,而如果用SDIO的通信方式操作SD卡的數據線卻又3根。為了節省資源一般在STM32F10x 系列控制器上用SPI的通信方式,而在引腳資源比較多的F4系列上就用SDIO的通信方式了。
SD容量有8MB、16MB、32MB、64MB、128MB、256MB、512MB、1GB、2GB (磁盤格式FAT12、FAT16)
SDHC容量有2GB、4GB、8GB、16GB、32GB(磁盤格式FAT32)
SDXC容量有32GB、48GB、64GB、128GB、256GB(磁盤格式exFAT)
3.1初始化1、初始化與SD卡連接的硬件條件(MCU的SPI配置,IO口配置);
2、上電延時(》74 個 CLK);
3、復位卡(CMD0),進入IDLE狀態;
4、發送CMD8,檢查是否支持2.0協議;
5、根據不同協議檢查SD卡(命令包括:CMD55、CMD41、CMD58 和 CMD1 等);
6、取消片選,發多 8個CLK,結束初始化
/******************************************************************************* * Function Name : SD_Init * Description : 初始化SD卡 * Input : None * Output : None * Return : u8 * 0:NO_ERR * 1:TIME_OUT * 99:NO_CARD *******************************************************************************/ u8 SD_Init(void) { u8 r1; // 存放SD卡的返回值 u16 retry; // 用來進行超時計數 u8 buf[4]; u16 i; SD_SPI_Init(); //初始化IO SD_SPI_SpeedLow(); //設置到低速模式 //先產生至少74個脈沖,讓SD卡自己初始化完成 for(i=0;i《10;i++) { SD_SPI_WriteByte(0XFF);
////80clks } //-----------------SD卡復位到idle開始----------------- //循環連續發送CMD0,直到SD卡返回0x01,進入IDLE狀態 //超時則直接退出 retry=0; do { r1=SD_SendCmd(CMD0,0,0x95);//進入IDLE狀態,作用是讓SD卡進入SPI模式。這里的CRC校驗位0x95是固定的,不能修改 retry++; }while((r1!=0X01) && (retry《20));//如果 SD 卡有正確的回應,代碼就繼續執行,如果沒有回應程序就終止執行。 //跳出循環后,檢查原因:初始化成功?or 重試超時? if(retry==20) return 1; //超時返回1 SD_Type=0;
//默認無卡 //下面是V2.0卡的初始化 //其中需要讀取OCR數據,判斷是SD2.0還是SD2.0HC卡 if(r1==0X01) { if(SD_SendCmd(CMD8,0x1AA,0x87)==1)//SD V2.0 { //V2.0的卡,CMD8命令后會傳回4字節的數據,要跳過再結束本命令 buf[0]=SD_SPI_ReadByte(); //should be 0x00 buf[1]=SD_SPI_ReadByte(); //should be 0x00 buf[2]=SD_SPI_ReadByte(); //should be 0x01 buf[3]=SD_SPI_ReadByte(); //should be 0xAA if(buf[2]==0X01&&buf[3]==0XAA)//判斷卡是否支持2.7~3.6V的電壓范圍 { retry=0XFFFE; //發卡初始化指令CMD55+CMD41 do { SD_SendCmd(CMD55,0,0X01); //發送CMD55 r1=SD_SendCmd(CMD41,0x40000000,0X01);//發送CMD41 }while(r1&&retry--); //初始化指令發送完成,接下來獲取OCR信息
//-----------鑒別SD2.0卡版本開始----------- if(retry&&SD_SendCmd(CMD58,0,0X01)==0)//鑒別SD2.0卡版本開始 { //讀OCR指令發出后,緊接著是4字節的OCR信息 buf[0]=SD_SPI_ReadByte(); buf[1]=SD_SPI_ReadByte(); buf[2]=SD_SPI_ReadByte(); buf[3]=SD_SPI_ReadByte(); //檢查接收到的OCR中的bit30位(CCS),確定其為SD2.0還是SDHC //如果CCS=1:為SDV2.0HC的2.0高容量卡 CCS=0:為SDV2.0的2.0版本的標準卡 if(buf[0]&0x40) SD_Type=SD_TYPE_V2HC; //檢查CCS else SD_Type=SD_TYPE_V2; LCD_ShowNum(164,250,SD_Type,5,16);//顯示SD卡容量 //-----------鑒別SD2.0卡版本結束----------- } } } //如果卡片版本信息是v1.0版本的,即r1=0x05,則進行以下初始化
else//SD V1.0/ MMC V3 { //先發CMD55,應返回0x01;否則出錯 r1 = SD_SendCmd(CMD55,0,0X01); //發送CMD55 if(r1 != 0x01) return r1; //得到正確響應后,發ACMD41,應得到返回值0x00 r1=SD_SendCmd(CMD41,0,0X01); //發送CMD41 if(r1《=1) { SD_Type=SD_TYPE_V1; retry=0XFFFE; do //等待退出IDLE模式 { SD_SendCmd(CMD55,0,0X01); //發送CMD55 r1=SD_SendCmd(CMD41,0,0X01);//發送CMD41 }while(r1&&retry--); }else//MMC卡不支持CMD55+CMD41識別 { SD_Type=SD_TYPE_MMC;//MMC V3 retry=0XFFFE; do //等待退出IDLE模式 { r1=SD_SendCmd(CMD1,0,0X01);//發送CMD1,發送MMC卡初始化命令
}while(r1&&retry--); } if(retry==0||SD_SendCmd(CMD16,512,0X01)!=0) SD_Type=SD_TYPE_ERR;//錯誤的卡 } } SD_DisSelect();//取消片選 SD_SPI_SpeedHigh();//高速 if(SD_Type) return 0; else if(r1) return r1; return 0xaa;//其他錯誤 }
3.2寫數據通過 CMD24實現1、發送CMD24;
2、接收卡響應R1;
3、發送寫數據起始令牌 0XFE;
4、發送數據;
5、發送2字節的偽CRC;
6、禁止片選之后,發多8個CLK;
/******************************************************************************* * Function Name : SD_WriteDisk * Description : 向SD卡寫數據 * Input : buf:數據緩存區 * sector:扇區 * cnt:扇區數 * Output : None * Return : u8 * 0:ok * 其他,失敗。 *******************************************************************************/ u8 SD_WriteDisk(u8*buf,u32 sector,u8 cnt) { u8 r1; if(SD_Type!=SD_TYPE_V2HC)sector *= 512;//轉換為字節地址 if(cnt==1) { r1=SD_SendCmd(CMD24,sector,0X01);//讀命令 if(r1==0)//指令發送成功 { r1=SD_SendBlock(buf,0xFE);//寫512個字節 } }else { if(SD_Type!=SD_TYPE_MMC) { SD_SendCmd(CMD55,0,0X01); SD_SendCmd(CMD23,cnt,0X01);//發送指令 } r1=SD_SendCmd(CMD25,sector,0X01);//連續讀命令 if(r1==0) { do { r1=SD_SendBlock(buf,0xFC);//接收512個字節 buf+=512; }while(--cnt && r1==0); r1=SD_SendBlock(0,0xFD);//接收512個字節 } } SD_DisSelect();//取消片選,釋放SPI總線 return r1; }
3.3讀取數據通過 CMD17實現1、發送CMD17;
2、接收卡響應R1;
3、接收數據起始令牌 0XFE;
4、接收數據;
5、接收2個字節的 CRC,如果不使用CRC,這兩個字節在讀取后可以丟掉。
6、禁止片選之后,發多8個CLK;
/*******************************************************************************
* Function Name : SD_ReadDisk
* Description : 讀SD卡數據
* Input : buf:數據緩存區
* sector:扇區
* cnt:扇區數
* Output : None
* Return : u8
* 0:ok
* 其他,失敗。
*******************************************************************************/
u8 SD_ReadDisk(u8*buf,u32 sector,u8 cnt)
{
u8 r1;
if(SD_Type!=SD_TYPE_V2HC)sector 《《= 9;//轉換為字節地址
if(cnt==1)
{
r1=SD_SendCmd(CMD17,sector,0X01);//讀命令
if(r1==0)//指令發送成功
{
r1=SD_RecvData(buf,512);//接收512個字節
}
}else
{
r1=SD_SendCmd(CMD18,sector,0X01);//連續讀命令
do
{
r1=SD_RecvData(buf,512);//接收512個字節
buf+=512;
}while(--cnt && r1==0);
SD_SendCmd(CMD12,0,0X01); //發送停止命令
}
SD_DisSelect();//取消片選
return r1;
}
原文標題:你必須知道的單片機存儲器的那些事!
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