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第24 章 2M字节Flash Rom存储器W25Q16/W25X16
认识Flash Rom
FlashRom 是快速擦写只读存储器，也就是我们常说的“闪存”，单片机程序存储器就是Flash Rom，所谓“闪存”，就是一种非易失性的内存，属于EEPROM的改进产品。它的最大特点是必须按块对数据进行擦写 *** 作，芯片容量大（W25Q16容量2M字节），而EEPROM则可以对单个字节进行 *** 作，芯片容量较小（24c512容量65536字节）。前者容量是后者容量的32倍。另外Flash Rom比EEPROM具有更高的读写速度，芯片价格基本一致，W25Q16零售价35元。FlashRom除用于共业领域外，在消费电子产品中运用也非常广泛，比如常见的U盘，SD卡，CF卡等存储设备都是使用的FlashRom作为核心存储器件。
Flash Rom的分类
NOR闪存 INTEL公司首批生产
NAND闪存 日立公司首批生产，比NOR闪存的写周期短90%，保存删除数据速度都较快，广泛用于SD卡、XD卡、SM卡、CF卡等存储卡上。
如果用来存储少量的数据，这时NOR闪存更适合一些，而NAND闪存则是高资料密度的理想解决方案。比如单片机的程序存储器就是Flash Rom中的NOR闪存，常见的存储卡或U盘使用的是NAND闪存。
认识W25X16/ W25Q16
这里以W25X16介绍为主，W25Q16兼容W25X16，并且性能更佳，W25Q16保持了与W25X系列功能与管脚的完全兼容，并增加了双/四输入输出等高效功能。W25Q的时钟频率达到了80MHz，等效读取(连续)速率为每秒320兆位(40兆字节), 这是标准50MHz串行闪存传输速率的六倍以上。与此同时，W25Q将每个读指令需要的时钟数目从40个减少到12个，进一步减少了70%的“随机读取”的指令负荷。W25Q16零售价35元。它们属与NOR型闪，用量较多的还是贴片封装，这样可以减小印制板面积。
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image002jpg file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image004jpg
W25X16有16Mbit存储位，
因为1024bit就是1K, 16Mbit =1610241024=16 777 216 bit，从手册存储器结构图可以看出W25X16的最大地址值是1FFFFFH，24位地址高3位固定为0（W25X64才需用到最高3位），只有21位有效地址，2的21次方=2097152字节，2097152个字节正好存储16 777 216bit，这里的地址都是以字节为最小单位的。
W25X16分为8192页，每页256字节，用“页编程指令”每次就可以编程256字节，用“扇区擦除指令”每次可擦除16页，用“块擦除指令”每次可擦除256页，用“整片擦除指令”可一次擦除整个芯片，W25X16有512个可擦除扇区或32个可擦除块。对于W25X16，1页=256字节，归纳一下，
1页=256字节
1扇区=16页=16256字节=4096字节 (W25X16有512个扇区)。
1块=256页=256256字节=65536字节 (W25X16有32块)。
它采用标准SPI接口与单片机进行通信，最大时钟速率75M。W25X16引脚排列如下图所示。
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image006jpg
引脚号
引脚名称
输入输出类型（I/O）
功能
1
/CS
I
片选，低电平工作，高电平时DO脚高阻
2
DO
O
数据输出，下降沿输出
3
/WP
I
写保护，低电平保护状态寄存器不被改写
4
GND
地
5
DIO
I/O
数据输入/输出
6
CLK
I
时钟
7
/HOLD
I
保持，低电平保持
8
VCC
电源，27-36V
说明：
5脚（DIO）:在普通方式下，这个引脚是串行输入引脚(DI)，数据、地址和命令通过此引脚送到芯片内部，在CLK引脚的上升沿捕获。当使用了“快读双输出指令”时，这个引脚就变成了DO引脚，这种情况下，芯片就有了2个DO引脚，所以叫做双输出，这时芯片的通信速度相当于翻了一倍，所以传输速度更快。
7脚（/HOLD）:保持引脚，当/CS片选为低电平，且HOLD为低电平时，DO引脚处于高阻态，而且会忽略DIO和CLK引脚上的信号，把HOLD拉高，器件恢复正常工作，当芯片与多个其它芯片共享单片机上的同一个SPI接口时，此引脚就显得非常有用，通常此引脚接高电平保证芯片正常工作。
什么都不用做，直接连接就是了。w25的端口兼容5伏的。用个1117--33V的就能共用5V，或5V的用两个二级管降压后得36V也和33V很接近可以用。
W25X16内部状态寄存器（上电复位时，各位都被清零）
7
6
5
4
3
2
1
0
SPR
保留位（0）
TB
BP2
BP1
BP0
WEL
BUSY
BUSY忙位：
只读位，在芯片执行“页编程”，“扇区擦除” 、“块擦除”、 “芯片擦除”、 “写状态寄存器”指令时，该位自动置1，此时除了“读状态寄存器”指令，其它指令都无效，当编程、擦除和写状态寄存器指令执行完毕后，该为自动变0，表示芯片可以接收其它指令了。
WEL写保护位：
只读位，写 *** 作允许标志位，当执行完写使能指令后，该位为1表示允许写 *** 作，为0表示禁止写，当芯片掉电后或执行写禁止、页编程、扇区擦除、块擦除、芯片擦除和写状态寄存器命令后自动进入写保护状态。
BP2、BP1、BP0块保护位：
可读写位，用于块区保护，可用写状态寄存器命令修改这几位，为这3位为0时，块区无保护，当SPR位为1或/WP脚为低时，这3位无法更改。
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image008jpg
TB 底部顶部块保护位：
可读写位，用于底部顶部块保护，可用写状态寄存器命令修改这1位，当这1位为0时，底部顶部块区无保护，当SPR位为1或/WP脚为低时，这1位无法更改。
SPR状态寄存器保护位：
可读写位，意义如下表
SPR
/WP
状态寄存器
0
0
可读写
0
1
可读写
1
0
无法读写
1
1
可读写
W25X16包括15个基本指令，通过这15个基本指令与SPI总线就完全可以控制芯片，指令在/CS拉低后开始传送，DIO引脚上数据的第一个字节就是指令码，在CLK引脚的上升沿采集DIO数据，高位在前。
指令的长度从1个字节到多个字节，有时还会跟随地址字节、数据字节、伪字节，有时候还会是它们的组合，在/CS引脚的上升沿完成指令的传输，所有的读指令都可以在任意时钟位完成，而所有的写、编程和擦除指令在一个字节的边界后才能完成，否则，指令将不起作用，这个特征可以保护芯片不被意外写入，当芯片正在被编程、擦除或写状态寄存器的时候，除“读状态寄存器”指令，其它所有指令都将被忽略直到擦写周期结束。
指令名称
字节1
字节2
字节3
字节4
字节5
字节6
下一个字节
写使能
06H
写禁止
04H
读状态寄存器
05H
(S7～S0)
写状态寄存器
01H
S7～S0
读数据
03H
A23～A16
A15～A8
A7～A0
(D7～D0)
下一个字节
继续
快读
0BH
A23～A16
A15～A8
A7～A0
伪字节
D7～D0
下一个字节
快读双输出
3BH
A23～A16
A15～A8
A7～A0
伪字节
I/O=(D6,D4,D2,D0) O=(D7,D5,D3,D1)
每4个时钟1个字节
页编程
02H
A23～A16
A15～A8
A7～A0
(D7～D0)
下个字节
直到256个字节
块擦除(64K)
D8H
A23～A16
A15～A8
A7～A0
扇区擦除(4K)
20H
A23～A16
A15～A8
A7～A0
芯片擦除
C7H
掉电
B9H
释放掉电/器件ID
ABH
伪字节
伪字节
伪字节
(ID7～ID0)
制造器件ID
90H
伪字节
伪字节
00H
(M7～M0)
(ID7～ID0)
JEDEC ID
9FH
(M7～M0)
(ID15～ID8)
(ID7～ID0)
说明：数据高位在前，带括号的数据表示数据从DO引脚读出。
写使能06H:
写使能指令将会使状态寄存器WEL位置位，在执行每个“页编程”、“扇区擦除”、“块擦除”、“芯片擦除”和“写状态寄存器”命令之前，都要先置位WEL,/CS脚先拉低之后，“写使能”指令码06H从DIO引脚输入，在CLK上升沿采集，然后再拉高/CS引脚。
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image010jpg
写禁止04H:
时序与写使能相同，执行完“页编程”、“扇区擦除”、“块擦除”、“芯片擦除”和 “写状态寄存器”命令之后WEL位会自动变0，即自动进入写禁止状态。
读状态寄存器05H
当/CS拉低之后，开始把05H从DIO引脚送入芯片，在CLK的上升沿数据被芯片采集，当芯片认出采集到的数据是05H时，芯片就会把“状态寄存器”的值从DO引脚输出，数据在CLK的下降沿输出，高位在前。
读状态寄存器指令在任何时候都可以用，甚至在编程、擦除、写状态寄存器的过程中也可以用，这样就可从状态寄存器的BUSY位判断编程、擦除、写状态寄存器周期是否结束，从而让我们知道芯片是否可以接收下一指令，如果/CS不被拉高，状态寄存器的值将一直从DO脚输出，当/CS拉高后，该指令结束。读状态寄存器时序如下图所示。
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image012jpg
写状态寄存器01H
在执行写状态寄存器指令以前，需要先按“写使能时序”执行完“写使能”指令，然后再次将/CS拉低，把01H从DIO引脚送入芯片，然后再把需要的状态寄存器的值送入芯片，拉高/CS，指令结束，如果此时没把/CS脚拉高，或者是拉得晚了，值将不会被写入，指令无效。
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image014jpg
读数据03H
读数据指令允许读取一个或多个字节，先将/CS拉低，把03H从DIO引脚送入芯片，然后再把24位地址送入芯片，这些数据在时钟的上升沿被芯片采集，芯片收到24位在CLK引脚的下降沿从DO引脚输出，高位在前。当读完这个地址的数据后，地址自动增加，然后通过DO引脚把下一个地址的数据输出，也就是说，只要CLK在工作，通过一条指令就可把整个芯片储存区的数据全部读出来，把/CS脚拉高，“读数据”指令结束，当芯片在执行编程、擦除和读状态寄存器指令的周期内，“读数据”指令无效。
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image016jpg
页编程02H
在执行页编程指令以前，需要先擦除整个待写入区域，保证待写入区域全为1，然后按“写使能时序”执行完“写使能”指令，再把/CS拉低，将02H从DIO引脚送入芯片，然后再把24位地址送入芯片，然后接着送要写入的字节到芯片，在写完数据后，把/CS拉高。写完一页后必须把地址改为0，不然的话，如果时钟还在继续，地址将自动变为页的开始地址，如果写入的字节不足256个字节的话，其它写入的字节都是无意义的，如果写入的字节大于256字节，多余的字节加上无用的字节覆盖刚刚写入的256字节，所以需要保证写入的字节小于或等于256字节。如果写入的地址处于写保护状态，“页编程”指令无效。
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file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image020jpg
扇区擦除20H
扇区擦除指令将一个扇区(4096字节)擦除，擦除后扇区字节都为FFH，在执行扇区擦除指令以前，需要先按“写使能时序”执行完“写使能”指令，然后再次将/CS拉低，把20H从DIO引脚送入芯片，然后再把24位扇区地址送入芯片，然后拉高/CS，指令结束，如果此时没及时把/CS脚拉高，指令将不起作用。如果擦除的地址处于写保护状态，“扇区擦除”指令无效。
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image022jpg
块擦除D8H
块擦除指令将一个块(65536字节)擦除，擦除后扇区字节都为FFH，在执行块擦除指令以前，需要先按“写使能时序”执行完“写使能”指令，然后再次将/CS拉低，把D8H从DIO引脚送入芯片，然后再把24位扇区地址送入芯片，然后拉高/CS，指令结束，如果此时没及时把/CS脚拉高，指令将不起作用。如果擦除的地址处于写保护状态，“块擦除”指令无效。
芯片擦除C7H
芯片擦除指令将整个芯片储存区擦除，擦除后整个芯片储存区字节都为FFH，在执行芯片擦除指令以前，需要先按“写使能时序”执行完“写使能”指令，然后再次将/CS拉低，把C7H从DIO引脚送入芯片，然后拉高/CS，指令结束，如果此时没及时把/CS脚拉高，指令将不起作用。任何一个块处于写保护状态，“块擦除”指令无效。
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