嵌入式技术与工业控制应用项目教程教学设计 6、SPI 协议时序与 W25Q64 ID 读取

《SPI协议时序与W25Q64ID读取》教学设计课程教学设计课程名称嵌入式技术及应用本课名称SPI协议时序与W25Q64ID读取课时数2课时（90分钟）授课地点一体化教室（STM32开发板、W25Q64模块）教学资源多媒体课件、STM32手册、W25Q64操作手册等授课形式理论讲授+动画演示+通信测试实操【学情分析】知识基础已掌握SPI硬件接线与GPIO配置，但对SPI协议时序（CPOL、CPHA）、命令驱动逻辑无认知，不理解“如何与W25Q64通信”。能力基础能编写简单GPIO初始化代码，但无法解读SPI时序图；缺乏“通过代码控制时序”的经验；排查通信故障能力弱。素养基础学生对W25Q64的通信验证有期待，但易忽略时序细节（如SCK边沿采样）。学生具备团队合作意识，能够与他人有效沟通和协作，共同解决问题。学生具备一定的实验严谨性，有探索欲望，有利于课堂互动开展。【教学目标】知识目标1.掌握SPI通信模式（CPOL、CPHA）及四种模式的时序差异；2.理解W25Q64的命令驱动逻辑（如读ID命令0x9F）；3.掌握SPI数据收发的基本流程（片选→发命令→收数据→取消片选）。能力目标1.能编写SPI初始化函数（含通信模式配置）；2.能编写W25Q64_ReadID()函数，读取厂商ID（0xEF）和设备ID（0x16）；能通过ID读取结果排查SPI通信故障（如接线/时序问题）。素养目标培养“从时序图推导代码逻辑”的严谨性；提升“通过硬件反馈（ID值）验证代码”的调试思维；强化“工业级通信时序精准”的工程意识。【教学分析】内容分析本课是SPI技术的核心，承接上节课硬件基础，聚焦SPI协议时序与W25Q64通信初始化，通过“时序→命令→ID读取”的递进，实现STM32与W25Q64的通信验证，为后续数据读写铺垫。重点SPI通信模式；W25Q64读ID命令（0x9F）的发送流程；SPI数据收发函数的编写（SPI_I2S_SendData/ReceiveData）。难点CPOL与CPHA的配合逻辑（为何W25Q64选择模式3?）；片选信号（SS）的时序控制（低电平选中，高电平取消）；通信故障排查（如ID为0xFFFF→SPI未初始化）。【教学策略和方法】教学策略1.多媒体教学：用演示SPI四种模式的时序差异，重点标注W25Q64的采样边沿；2.任务导向：以“读ID”为目标，引导学生拆解“发命令→收数据”的步骤；3.故障驱动：故意设置时序错误（如CPHA=0），让学生通过ID异常排查问题。教学方法讲授法：讲解时序规则与命令逻辑；演示法：用示波器展示SPI实际时序波形（可选）；实操法：学生编写代码，测试ID读取；讨论法：分析“ID读取失败的可能原因”（接线、时序、命令错误？）。【课程思政】本课课程思政元素精准意识：通过“时序错误导致ID读取失败”，培养“毫秒级时序精准”的工程素养；攻坚精神：通过排查通信故障，培养“不放弃、找根源”的问题解决态度。切入方法与举措演示时展示“时序错误导致ID为0x00”的现象，让学生感受精准的重要性；实操中发放“故障排查清单”（接线→时序→命令），引导学生系统性分析；表扬成功排查故障的学生，分享经验，强化攻坚精神。【教学实施过程】步骤环节（用时）具体内容活动设计意图教师学生课前自主学习平台自学内容：SPI协议以及通信模式等1.发布预习任务单。2.组织学生学习并观察学习情况。1.完成预习任务单。2.记录难点。根据预习反馈有针对性的调整教学策略。课中知识回顾（5分钟）回顾SPI硬件接线的核心要点？教师提问思考并回答问题温故知新，为后续学习打好基础。任务导入（5分钟）场景引入：展示工业产线“SPI通信失败导致W25Q64数据读写异常，进而引发产品参数丢失”的案例图片，说明“通信验证是嵌入式存储开发的第一步”。1.展示案例图片，讲解通信验证的工业意义，关联课程思政“精准意识”；2.发放“ID读取任务卡”，明确本节课目标（代码实现+故障排查）。1.观察案例图片，思考通信验证的必要性；2.阅读任务卡，明确本节课需完成的具体任务。1.用工业场景激发学生兴趣，理解技术的实际价值；2.以“问题-解决方案”逻辑引入核心任务，让学生明确学习目标。任务实施（知识详解35分钟）SPI通信模式：-CPOL（时钟极性）：0=空闲低，1=空闲高；-CPHA（时钟相位）：0=奇数边沿采样，1=偶数边沿采样；-W25Q64默认模式3（CPOL=1、CPHA=1）；SPI数据收发流程：-拉低SS（选中从机）→发送命令→接收数据→拉高SS（取消选中）W25Q64读ID：-命令0x9F→接收3字节ID（厂商ID=0xEF，设备ID=0x4016）；代码逻辑：-SPI_Init()配置模式3；-W25Q64_ReadID()实现命令发送与ID接收。教师重点解析任务所需知识点，设置问题引导学生讨论以及思考解决思路。学生积极思考并回答问题。学生主动提问，及时记录问题并反思总结。记录重难点。掌握SPI协议与W25Q64命令逻辑，为代码编写提供指导。任务实施（实验操作40分钟）提供代码框架：包含SPI初始化、SS引脚控制、数据收发函数模板；指导步骤：-步骤1：编写SPI_Init()，配置模式3（CPOL=1、CPHA=1）；-步骤2：编写W25Q64_ReadID()，实现“拉低SS→发0x9F→收3字节ID→拉高SS”；-步骤3：编译下载，通过串口打印ID值（或OLED显示）；-步骤4：故意设置CPHA=0，引导学生观察ID异常，排查时序问题；3.巡回指导，解决学生实操过程中出现的错误。教师演示操作步骤、巡回指导代码实现读ID功能；下载代码调试；实验过程中问题解决与记录；成功读取ID后，记录验证结果。动手实现SPI通信与ID读取，提升代码能力和调试能力。总结提升（5分钟）梳理SPI通信流程；强调难点；梳理关键知识点，帮助学生形成清晰的知识体系。整理代码，标注关键点；巩固知识，明确后续学习方向。课后课后作业优化W25Q64_ReadID()函数，添加ID合法性判断（如厂商ID≠0xEF则报错）；预习W25Q64的擦除与数据写入。发布学习通作业并及时答疑解惑。编写判断逻辑，增强函数健壮性；记录下节课预习重点。强化SPI通信能力，积累W25Q64操作经验。课后提升思考“如果需要同时连接多个SPI从设备（如W25Q64+OLED）”学习通提供技术文档和多从机应用案例；鼓励学生在讨论区分享多从机实现方案。查阅文档，设计多从实现方案，在讨论区分享并查看他人方案。培养学生的自主探究能力，为复杂系统开发铺垫。【教学反