W25Q128中文数据手册

一、产品概述

1.1 产品简介

W25Q128是一款由华邦电子（Winbond）推出的高性能串行NOR闪存芯片，采用SPI（Serial Peripheral Interface）接口协议。其存储容量为128兆位（16兆字节），支持标准SPI、双线SPI（Dual SPI）和四线SPI（Quad SPI）模式，能够满足不同应用场景下的数据存储需求。W25Q128具有低功耗、高可靠性、快速读写速度等特点，广泛应用于嵌入式系统、消费电子、工业控制、汽车电子等领域。

1.2 主要特性

• 存储容量：128兆位（16兆字节）

• 接口类型：SPI（支持标准SPI、Dual SPI、Quad SPI模式）

• 工作电压：2.7V至3.6V

• 时钟频率：最高支持104MHz（标准SPI模式），Quad SPI模式下可达更高频率

• 页大小：256字节

• 块大小：64KB（块擦除）

• 扇区大小：4KB（扇区擦除）

• 擦写周期：约10万次

• 数据保存时间：20年以上

• 工作温度范围：-40℃至+85℃

• 封装形式：SOIC-8、WSON-8、USON-8等

1.3 应用领域

• 嵌入式系统：存储固件、启动代码、配置文件等

• 消费电子：智能手机、平板电脑、智能穿戴设备等

• 工业控制：PLC、传感器节点、工业仪表等

• 汽车电子：车载仪表盘、行车记录仪、ECU等

• 物联网设备：智能家居、智能电表、环境监测仪等

二、电气特性

2.1 绝对最大额定值

• 供电电压（VCC）：-0.5V至4.0V

• 输入电压（VI）：-0.5V至VCC+0.5V

• 输出电压（VO）：-0.5V至VCC+0.5V

• 工作温度范围：-40℃至+85℃

• 存储温度范围：-65℃至+150℃

2.2 直流特性

• 工作电压（VCC）：2.7V至3.6V

• 输入高电平（VIH）：0.7×VCC至VCC+0.5V

• 输入低电平（VIL）：-0.5V至0.3×VCC

• 输出高电平（VOH）：0.7×VCC至VCC+0.5V

• 输出低电平（VOL）：-0.5V至0.3×VCC

• 输入漏电流（II）：±1μA（最大）

• 输出漏电流（IO）：±1μA（最大）

2.3 交流特性

• 时钟频率（fCLK）：

• 标准SPI模式：最高104MHz

• Dual SPI模式：最高104MHz

• Quad SPI模式：最高104MHz

• 页编程时间（tPP）：0.7ms（典型值）

• 扇区擦除时间（tSE）：400ms（典型值）

• 块擦除时间（tBE）：400ms（典型值）

• 芯片擦除时间（tCE）：40s（典型值）

• 写使能延迟时间（tW）：50ms（最大）

• 读数据时间（tRC）：25ns（最大）

三、功能描述

3.1 存储器组织

W25Q128的存储器组织结构如下：

• 总容量：128兆位（16兆字节）

• 块（Block）：256个块，每个块64KB

• 扇区（Sector）：每个块包含16个扇区，每个扇区4KB

• 页（Page）：每个扇区包含16个页，每个页256字节

3.2 操作模式

W25Q128支持以下操作模式：

• 标准SPI模式：单线数据传输，时钟频率最高104MHz

• Dual SPI模式：双线数据传输，时钟频率最高104MHz

• Quad SPI模式：四线数据传输，时钟频率最高104MHz

3.3 指令集

W25Q128支持丰富的指令集，以下为常用指令：

3.4 状态寄存器

W25Q128包含三个状态寄存器（SR1、SR2、SR3），用于监控和控制芯片状态。以下为状态寄存器1的主要位定义：

四、操作流程

4.1 写操作流程

1. 写使能：发送写使能指令（06H），使能写操作。

2. 页编程：发送页编程指令（02H），指定目标地址和数据。

3. 等待写入完成：通过轮询状态寄存器的BUSY位，确认写入完成。

4.2 读操作流程

1. 发送读指令：发送读数据指令（03H）或快速读数据指令（0BH），指定目标地址。

2. 读取数据：通过MISO引脚读取数据。

4.3 擦除操作流程

1. 写使能：发送写使能指令（06H），使能写操作。

2. 擦除指令：发送扇区擦除（20H）、块擦除（D8H）或芯片擦除（C7H）指令，指定目标地址。

3. 等待擦除完成：通过轮询状态寄存器的BUSY位，确认擦除完成。

五、硬件连接示例

5.1 与STM32的连接

以下为W25Q128与STM32微控制器的典型连接方式：

5.2 硬件设计注意事项

• 电源滤波：在VCC引脚附近添加去耦电容（如0.1μF），以减少电源噪声。

• 信号完整性：SPI信号线（CLK、MOSI、MISO、/CS）应尽量短，避免信号干扰。

• 上拉电阻：/WP和/HOLD引脚可通过上拉电阻（如10kΩ）接至VCC，以确保默认状态。

六、软件编程示例

6.1 初始化SPI接口

以下为基于STM32 HAL库的SPI初始化代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"



SPI_HandleTypeDef hspi1;



void SPI1_Init(void) {

hspi1.Instance = SPI1;

hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;

hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;

hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;

hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;

hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;

hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;

hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;

hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;

hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;

hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;

hspi1.Init.CRCPolynomial = 7;

if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK) {

// 初始化错误处理

Error_Handler();

}

}

6.2 写使能函数

void W25Q128_WriteEnable(void) {

uint8_t cmd = 0x06;

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET); // 拉低/CS

HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);   // 拉高/CS

}

6.3 页编程函数

void W25Q128_PageProgram(uint32_t addr, uint8_t *data, uint16_t size) {

uint8_t cmd[4];

cmd[0] = 0x02; // 页编程指令

cmd[1] = (addr >> 16) & 0xFF;

cmd[2] = (addr >> 8) & 0xFF;

cmd[3] = addr & 0xFF;



W25Q128_WriteEnable(); // 写使能

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET); // 拉低/CS

HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);

HAL_SPI_Transmit(&hspi1, data, size, HAL_MAX_DELAY);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);   // 拉高/CS



// 等待写入完成

while (W25Q128_ReadStatusRegister() & 0x01);

}

6.4 读数据函数

void W25Q128_ReadData(uint32_t addr, uint8_t *data, uint16_t size) {

uint8_t cmd[4];

cmd[0] = 0x03; // 读数据指令

cmd[1] = (addr >> 16) & 0xFF;

cmd[2] = (addr >> 8) & 0xFF;

cmd[3] = addr & 0xFF;



HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET); // 拉低/CS

HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);

HAL_SPI_Receive(&hspi1, data, size, HAL_MAX_DELAY);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);   // 拉高/CS

}

七、注意事项

1. 写保护：在写入数据前，需确保写保护引脚（/WP）为高电平，或通过状态寄存器禁用写保护。

2. 擦除操作：写入数据前需先擦除对应扇区或块，直接覆盖写入会导致数据错误。

3. 总线冲突：在多设备共享SPI总线时，需合理管理片选信号（/CS），避免总线冲突。

4. 供电稳定性：在写入或擦除操作过程中，需确保供电稳定，避免因断电导致数据损坏。

5. 温度范围：W25Q128的工作温度范围为-40℃至+85℃，超出此范围可能导致性能下降或损坏。

W25Q128是一款高性能、低功耗的串行NOR闪存芯片，具有128兆位（16兆字节）的存储容量，支持SPI、Dual SPI和Quad SPI模式。其丰富的指令集和灵活的操作模式，使其广泛应用于嵌入式系统、消费电子、工业控制等领域。通过合理的硬件设计和软件编程，可充分发挥W25Q128的性能优势，满足各种数据存储需求。