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標題: 第13章 DS18B20溫度傳感器和Flash存儲器13.3、13.4 [打印本頁]

作者: 卓然塵世間 時間: 2026-5-7 15:11
標題: 第13章 DS18B20溫度傳感器和Flash存儲器13.3、13.4
13.3 Flash存儲器

Flash存儲器又名閃存，也是一種掉電后可以存儲數據的存儲器，按主要類型分為NOR Flash和NAND Flash。Flash存儲器在現代電子設備中扮演者重要角色，廣泛應用于手機、平板。數碼相機等消費電子產品，以及汽車、工業控制、航空航天等領域，主流單片機的程序存儲空間也是Flash。

為了更好的理解Flash，將Flash和EEPROM的主要特點進行對比。

1、相較于EEPROM，Flash存儲器能夠提供較高的存儲密度，容量更大，適合需要大容量存儲的應用場景。比如Kingst51開發板上的Flash型號為W25Q32，是一個32Mbit大小的Flash存儲器。而24C02的僅有256個字節，也就是2Kbit存儲空間，存儲空間上是16000倍，價格上僅2到3倍。

2、相較于EEPROM，Flash存儲器的讀寫速度更快，尤其在讀取速度方面，NOR Flash的讀取速度非常快，適應于需要頻繁讀取操作的應用。

3、相較于Flash，EEPROM允許按照字節進行寫操作，可以靈活地修改單個字節的數據。而Flash要修改某個數據前，通常需要對整個扇區（4096字節）進行擦除后（整個扇區初始化為1）才能重新寫入。因此EEPROM更適合需要頻繁更新數據的應用場景，而Flash更適合讀寫大量數據而不需要頻繁改變數據的場景。

4、Flash的讀寫比EEPROM的讀寫略微，用戶每次操作之前需要通知Flash具體操作指令，比如是“讀”還是“寫”，寫的話是“寫寄存器”還是“寫數據”。寫之前要先寫使能等等操作。

當然這些指令在手冊里有列表說明，每一條指令也都有詳細解釋，如表13-1所示。

讀Flash流程：

1、檢測是否“忙”。

2、使能引腳，寫入“讀數據”指令。

3、發送Flash讀數據起始地址，需要注意的是W25Q32這顆Flash的存儲空間是32Mbit，即4M字節，因此他的地址是24位地址。

4、根據當前地址讀取相應數量的數據。

寫Flash流程：

1、檢測是否“忙”。

2、使能引腳，寫入“寫使能”指令。

3、發送“頁寫”指令。

4、發送Flash寫數據起始地址。

5、連續發送要寫入的數據，寫入到Flash中去。

值得注意的是，如果寫Flash的數據牽扯到跨頁寫入，需要對跨頁進行操作處理。

寫一個簡單的程序，從某一地址讀出連續的2個數據，第一個字節加1，第二個字節加2，分別重新寫回到flash中去。

flash.c程序的最開始把特殊指令和頁大小、扇區大小進行宏定義。

SPIWrite：將單字節按照SPI時序發送。

SPIRead：按照SPI協議讀取一個字節數據。

FlashBusyWait：檢測Flash是否“忙”狀態。Flash在跨頁寫入、扇區擦除、塊擦除等操作中都需要一定的時間，這段時間flash都處于“忙”狀態，讀寫指令均不響應，因此讀寫之前要使用這個函數進行“忙”檢測。

FlashRead：Flash連續讀數據指令。

FlashSectorErase：Flash扇區擦除。Kingst51開發板所采用的W25Q32這個Flash最小擦除單位就是扇區擦除。因此除非擦除后沒有寫入數據，否則要改變已經寫入的數據，必須進行擦除動作，最小擦除單元為扇區。

FlashPageWrite：由于連續寫入數據有可能遇到跨頁的情況，本函數不提供跨頁判斷，一旦發現無法寫入后，將返回寫入的字節長度，跨頁判斷可以在上層應用函數中實現。

將使用SPI協議讀寫Flash的時序用邏輯分析儀抓出來，并且分別用SPI協議進行解析，如圖13-10和13-11所示。

13-10 SPI配置信息

13-11 SPI通信時序圖

軟件的SPI的配置信息，必須和實際通信一致，才能正確解析數據。除了使用SPI進行解析外，由于這是個flash器件，還可以使用特有的QSPI-flash解析器直接將指令解析出來，如圖13-12和圖13-13所示。

13-12 QSPI-flash配置信息

13-13 QSPI-flash解析結果

由于程序中存在扇區擦除操作，扇區擦除的時候flash會一直處于“忙”狀態無法響應再次寫入，因此程序中間段存在一些忙檢測波形。將解析結果導出到excel表格中，截取一部分進行觀察，如圖13-14所示，一共403個字節的數據，圖片左側為前16個字節，圖片右側為后17個字節，中間字節全部為“忙檢測”。

圖13-14 QSPI-flash數據導出

從解析的數據可以看出，第一個字節是讀狀態寄存器，了解Flash是否在忙，第二個字節讀到了0x00，說明Flash處于不忙的狀態。第三個字節0x03為讀數據命令，第四個字節是要讀取0x000000這個地址的連續數據，讀到的2個字節數據是0x05和0x0B。而后再次進行忙檢測，由于剛剛進行的是讀操作，所以Flash還是處于不忙的狀態。然后使用0x06這個寫使能命令，寫入了0x20指令進行了從0x00地址開始的單個扇區擦除（4096字節）。擦除命令結束后程序進入循環檢測flash的“忙”信號，此時在一段時間內，發送0x05，回復的都是0x03，說明flash都處于忙狀態，一直到解析后數據的第398行再次檢測到0x00的不忙信號，發送0x06這個寫使能指令，發送0x02的頁寫入指令，從地址0x000000開始，寫入的2個字節分別為0x06和0x0D。

W25Q32這個Flash的頁寫入、扇區擦除、塊擦除等各種操作所需要的大概時間在手冊里都有標注，如圖13-15所示。

13-5 W25Q32時序要求

13.4練習題

1、掌握 DS18B20的時序過程，能夠理解1-wrie總線讀寫的時序。

2、理解SPI的通信原理，SPI通信過程的四種模式配置。

3、理解flash存儲器的基本原理和操作方式，能獨立完成flash的讀寫操作。

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