單片機(jī)存儲器中提高層次的操作

摘要：在單片機(jī)開發(fā)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(jī)做一些項(xiàng)目的時(shí)候，比如做一個小車，驅(qū)動一些外設(shè)、顯示一些溫濕度信息等，卻發(fā)現(xiàn)一般沒有用到這些芯片。

在做一些顯示的時(shí)候卻會用到。他們與單片機(jī)之間的通信方式就是IIC和SPI通信，在單片機(jī)的開發(fā)中用到的非常多。很多小伙伴就會說了，用OLED來顯示一些數(shù)據(jù)，IIC通信直接用別人的代碼，驅(qū)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(qū)動嗎？當(dāng)然需要，學(xué)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(xué)單片機(jī)的時(shí)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(jī)開發(fā)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(xué)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(yán)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(shù)的發(fā)展，后來設(shè)計(jì)出了可以方便寫入數(shù)據(jù)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(fù)擦寫，EEPROM 是一種掉電后數(shù)據(jù)不丟失的存儲器，常用來存儲一些配置信息，以便系統(tǒng)重新上電的時(shí)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(shè)備來擦寫。而且可以按字節(jié)為單位修改數(shù)據(jù)，無需整個芯片擦除?，F(xiàn)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(nèi)部含有256個字節(jié)，在24C02里面有一個8字節(jié)的頁寫緩沖器。

操作任何的IIC設(shè)備一般都要知道從機(jī)地址，也就是利用單片機(jī)操作讀寫的那個設(shè)備的地址。一般來說對于IIC設(shè)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?jīng)Q定。所以一個IIC總線上可以掛載2^3=8個EEPROM芯片，當(dāng)然一般一個單片機(jī)只有一塊EEPROM芯片，所以我們直接把這個A2A1A0接地即可，當(dāng)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?yàn)?4C02是一個2K Bit的串行EEPROM存儲器（掉電不丟失），內(nèi)部含有256個字節(jié)。也就是說有256個存儲單元，一個字節(jié)就是一個存儲單元，因?yàn)槊總€字節(jié)可以出存256個數(shù)，也就是說每個存儲單元可以存0~255個數(shù)。我們可以這樣理解，AT24C02是一棟教學(xué)樓，這個教學(xué)樓有256個房間（存儲單元），沒每個房間可以容納256個學(xué)生（每個存儲單元可以存儲0 ~ 255個數(shù)）。

而且這個芯片在斷電的時(shí)候數(shù)據(jù)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(shí)候，正在看CCTV6電影頻道，播放的聲音比較大，那么這時(shí)候正好停電了。那么你下次來電時(shí)你打開電視機(jī)，電視機(jī)默認(rèn)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(shù)據(jù)就存在EEPROM里面，至于是不是ATC02就不一定了。

總結(jié)：

存儲量少，用起來方便

可以任意訪問地址數(shù)據(jù)，每一個存儲單片可以獨(dú)立訪問，

寫入前是不需要對寫入的單片做獨(dú)立的擦除

這三個特點(diǎn)對我們理解存儲器的特性非常重要，因?yàn)榻酉聛硪f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(xiàn)、一瞬間的意思，所以FLSAH存儲器又稱閃存，與 EEPROM都是掉電后數(shù)據(jù)不丟失的存儲器，但FLASH存儲器容量普遍大于 EPROM，現(xiàn)在基本取代了它的地位。生活中常用的 U 盤、SD卡、SSD 固態(tài)硬盤以及我們 STM32 芯片內(nèi)部用于存儲程序的設(shè)備，都是 FLASH 類型的存儲器。在存儲控制上，最主要的區(qū)別是 FLASH 芯片只能一大片一大片地擦寫，而 EEPROM可以單個字節(jié)擦寫。

FLASH 芯片的最小擦除單位為扇區(qū)（Sector），而一個塊（Block）包含 16 個扇區(qū)，4Kbytes為一個Sector，16個扇區(qū)為1個Block。W25Q64 容量為8M字節(jié)（即 64M bit）， 分為128塊（Block），每一塊的大小為64K字節(jié)，每塊又分為16個扇區(qū)（Sector），那么每個扇區(qū)就是4K個字節(jié)。W25Q128 容量為16M字節(jié)（即 128M bit），分為256塊（Block），每一塊的大小為64K字節(jié)，每塊又分為16個扇區(qū)（Sector），那么每個扇區(qū)就是4K個字節(jié)（4096個字節(jié)，也就是4096個存儲單元）。

W25Qxx的最小擦除單位為一個扇區(qū)，也就是每一次必須擦除4K字節(jié)。所以必須給W25Qxx開辟至少4K的緩沖區(qū)，這樣對單片機(jī)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(yīng)的扇區(qū)，擦除后的數(shù)據(jù)是0XFF。我們可以這樣理解。我們要改寫FLASH芯片W25Q128的一個扇區(qū)中某一個數(shù)據(jù)，就必須在STM32芯片的內(nèi)部RAM中開辟4K字節(jié)（4096字節(jié)）的緩沖區(qū)域。先把FLASH芯片W25Q128的一個扇區(qū)中數(shù)據(jù)全部讀到STM32芯片的內(nèi)部RAM中開辟4K字節(jié)（4096字節(jié)）的緩沖區(qū)域中去，把我們要改寫的數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)域改寫好之后，再把FLASH芯片W25Q128的一個扇區(qū)中的數(shù)據(jù)全部擦除完畢，擦除完成之后再把數(shù)據(jù)寫回去。這是寫入數(shù)據(jù)的操作，在讀數(shù)據(jù)的時(shí)候不需要以扇區(qū)為單位，想讀哪個扇區(qū)就讀哪個扇區(qū)的數(shù)據(jù)。

/************************************************************************* * Function Name ： SPI_Flash_Write * Description ： 在指定地址開始寫入指定長度的數(shù)據(jù)，該函數(shù)帶擦除操作！ * Input ： *pBuffer：要寫入數(shù)據(jù)的指針 WriteAddr：開始寫入的地址（24bit） NumByteToWrite：要寫入的字節(jié)數(shù)（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(yùn)算求余，若writeAddr是4096整數(shù)倍，運(yùn)算結(jié)果Addr值為0 NumOfPage = NumByteToWrite / 4096;//計(jì)算出要寫多少整數(shù)扇區(qū) NumOfSingle = NumByteToWrite % 4096;//mod

運(yùn)算求余，計(jì)算出剩余不滿一扇區(qū)的字節(jié)數(shù) count = 4096 - Addr;//差count個數(shù)據(jù)值，剛好可以對齊到扇區(qū)地址 if （Addr == 0）//Addr=0，則WriteAddr剛好按扇區(qū)對齊或者說小于一個扇區(qū) { //NumByteToWrite 《 4096，寫入的字符串大小長度小于一個扇區(qū)（4096個字節(jié)）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(qū)（4096個字節(jié)）的大小，如4098 { //先把整數(shù)扇區(qū)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(qū)的數(shù)據(jù)，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(qū)，如22 { //當(dāng)前頁剩余的count個位置比NumOfSingle小，一扇區(qū)寫不完 if （NumOfSingle 》 count） { temp = NumOfSingle - count; //先寫滿當(dāng)前扇區(qū) SPI_Flash_Write_Page（pBuffer， WriteAddr， count）; WriteAddr += count; pBuffer += count; //再寫剩余的數(shù)據(jù) SPI_Flash_Write_Page（pBuffer， WriteAddr， temp）; } else //當(dāng)前扇區(qū)剩余的count個位置能寫完

NumOfSingle個數(shù)據(jù) { SPI_Flash_Write_Page（pBuffer， WriteAddr， NumByteToWrite）; } } else //NumByteToWrite 》 4096 //大小夠一個扇區(qū)，而且還超出一點(diǎn)點(diǎn)，如4098 { //地址不對齊多出的count分開處理，不加入這個運(yùn)算 NumByteToWrite -= count; NumOfPage = NumByteToWrite / 4096; NumOfSingle = NumByteToWrite % 4096; //先寫完count個數(shù)據(jù)，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(fù)地址對齊的情況

*/ WriteAddr += count; pBuffer += count; //把整數(shù)扇區(qū)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(qū)的數(shù)據(jù)，把它寫完 if （NumOfSingle ！= 0） { SPI_Flash_Write_Page（pBuffer， WriteAddr， NumOfSingle）; } } } }

總結(jié)：

/********************************************************************** * Function Name ： SPI_Flash_Read * Description ： 在指定地址開始讀取指定長度的數(shù)據(jù) * Input ： *pBuffer：存儲讀出數(shù)據(jù)的指針 ReadAddr：開始讀取的地址（24bit） NumByteToRead：要讀取的字節(jié)數(shù)（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(fā)送讀取命令 SPI1_ReadWriteByte（（ReadAddr& 0xFF0000）》》16）; //發(fā)送扇區(qū)地址的高8bit SPI1_ReadWriteByte（（ReadAddr& 0xFF00）》》8）; //發(fā)送扇區(qū)地址的中間8bit SPI1_ReadWriteByte（ ReadAddr& 0xFF）; //發(fā)送扇區(qū)地址的低8bit for（i=0;i《NumByteToRead;i++） { pBuffer［i］=SPI1_ReadWriteByte（0XFF）; //循環(huán)讀數(shù) } SPI_FLASH_CS=1; //取消片選 } 總結(jié)：

存儲量大

不能任意訪問字節(jié)地址數(shù)據(jù)，每一個存儲單片不可以獨(dú)立訪問，最小讀取單元是一個扇區(qū)

寫入前是必須對寫入的扇區(qū)做獨(dú)立的擦除操作。擦除的目的是使存儲單元的數(shù)據(jù)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(jīng)非常普遍了，控制器對 SD卡進(jìn)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(shù)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(shè)備）都可使用 SDIO 接口通訊。STM32F10x 系列控制器有一個 SDIO 主機(jī)接口，它支持與上述使用 SDIO 接口的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

STM32F10x 系列控制器只支持 SD 卡規(guī)范版本 2.0，即只支持標(biāo)準(zhǔn)容量SD和高容量 SDHC 標(biāo)準(zhǔn)卡，不支持超大容量 SDXC 標(biāo)準(zhǔn)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(shè)。因?yàn)镾PI通信方式操作SD卡的數(shù)據(jù)線只有一根，而如果用SDIO的通信方式操作SD卡的數(shù)據(jù)線卻又3根。為了節(jié)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(shí)（》74 個 CLK）;

3、復(fù)位卡（CMD0），進(jìn)入IDLE狀態(tài);

4、發(fā)送CMD8，檢查是否支持2.0協(xié)議;

5、根據(jù)不同協(xié)議檢查SD卡（命令包括：CMD55、CMD41、CMD58 和 CMD1 等）;

6、取消片選，發(fā)多 8個CLK，結(jié)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(jìn)行超時(shí)計(jì)數(shù) u8 buf［4］; u16 i; SD_SPI_Init（）; //初始化IO SD_SPI_SpeedLow（）; //設(shè)置到低速模式 //先產(chǎn)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(fù)位到idle開始----------------- //循環(huán)連續(xù)發(fā)送CMD0，直到SD卡返回0x01，進(jìn)入IDLE狀態(tài) //超時(shí)則直接退出 retry=0; do { r1=SD_SendCmd（CMD0，0，0x95）;//進(jìn)入IDLE狀態(tài)，作用是讓SD卡進(jìn)入SPI模式。這里的CRC校驗(yàn)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(yīng)，代碼就繼續(xù)執(zhí)行，如果沒有回應(yīng)程序就終止執(zhí)行。 //跳出循環(huán)后，檢查原因：初始化成功？or 重試超時(shí)？ if（retry==20） return 1; //超時(shí)返回1 SD_Type=0;

//默認(rèn)無卡 //下面是V2.0卡的初始化 //其中需要讀取OCR數(shù)據(jù)，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(jié)的數(shù)據(jù)，要跳過再結(jié)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(fā)卡初始化指令CMD55+CMD41 do { SD_SendCmd（CMD55，0，0X01）; //發(fā)送CMD55 r1=SD_SendCmd（CMD41，0x40000000，0X01）;//發(fā)送CMD41 }while（r1&&retry--）; //初始化指令發(fā)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(fā)出后，緊接著是4字節(jié)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)束----------- } } } //如果卡片版本信息是v1.0版本的，即r1=0x05，則進(jìn)行以下初始化

else//SD V1.0/ MMC V3 { //先發(fā)CMD55，應(yīng)返回0x01；否則出錯 r1 = SD_SendCmd（CMD55，0，0X01）; //發(fā)送CMD55 if（r1 ！= 0x01） return r1; //得到正確響應(yīng)后，發(fā)ACMD41，應(yīng)得到返回值0x00 r1=SD_SendCmd（CMD41，0，0X01）; //發(fā)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(fā)送CMD55 r1=SD_SendCmd（CMD41，0，0X01）;//發(fā)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(fā)送CMD1，發(fā)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(shù)據(jù)通過 CMD24實(shí)現(xiàn)1、發(fā)送CMD24;

2、接收卡響應(yīng)R1;

3、發(fā)送寫數(shù)據(jù)起始令牌 0XFE;

4、發(fā)送數(shù)據(jù);

5、發(fā)送2字節(jié)的偽CRC;

6、禁止片選之后，發(fā)多8個CLK;

/******************************************************************************* * Function Name ： SD_WriteDisk * Description ： 向SD卡寫數(shù)據(jù) * Input ： buf：數(shù)據(jù)緩存區(qū) * sector：扇區(qū) * cnt：扇區(qū)數(shù) * 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(zhuǎn)換為字節(jié)地址 if（cnt==1） { r1=SD_SendCmd（CMD24，sector，0X01）;//讀命令 if（r1==0）//指令發(fā)送成功 { r1=SD_SendBlock（buf，0xFE）;//寫512個字節(jié) } }else { if（SD_Type！=SD_TYPE_MMC） { SD_SendCmd（CMD55，0，0X01）; SD_SendCmd（CMD23，cnt，0X01）;//發(fā)送指令 } r1=SD_SendCmd（CMD25，sector，0X01）;//連續(xù)讀命令 if（r1==0） { do { r1=SD_SendBlock（buf，0xFC）;//接收512個字節(jié) buf+=512; }while（--cnt && r1==0）; r1=SD_SendBlock（0，0xFD）;//接收512個字節(jié) } } SD_DisSelect（）;//取消片選，釋放SPI總線 return r1; }

3.3讀取數(shù)據(jù)通過 CMD17實(shí)現(xiàn)1、發(fā)送CMD17;

2、接收卡響應(yīng)R1;

3、接收數(shù)據(jù)起始令牌 0XFE;

4、接收數(shù)據(jù);

5、接收2個字節(jié)的 CRC，如果不使用CRC，這兩個字節(jié)在讀取后可以丟掉。

6、禁止片選之后，發(fā)多8個CLK;

/*******************************************************************************

* Function Name ： SD_ReadDisk

* Description ： 讀SD卡數(shù)據(jù)

* Input ： buf：數(shù)據(jù)緩存區(qū)

* sector：扇區(qū)

* cnt：扇區(qū)數(shù)

* 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(zhuǎn)換為字節(jié)地址

if（cnt==1）

{

r1=SD_SendCmd（CMD17，sector，0X01）;//讀命令

if（r1==0）//指令發(fā)送成功

{

r1=SD_RecvData（buf，512）;//接收512個字節(jié)

}

}else

{

r1=SD_SendCmd（CMD18，sector，0X01）;//連續(xù)讀命令

do

{

r1=SD_RecvData（buf，512）;//接收512個字節(jié)

buf+=512;

}while（--cnt && r1==0）;

SD_SendCmd（CMD12，0，0X01）; //發(fā)送停止命令

}

SD_DisSelect（）;//取消片選

return r1;

}

原文標(biāo)題：你必須知道的單片機(jī)存儲器的那些事！

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