SPI接口的出錯(cuò)分析及其改進(jìn)

　　單片機(jī)（MCU）系統(tǒng)為了與SPI標(biāo)準(zhǔn)外圍接口器件進(jìn)行通信，必須使用SPI( Serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口)總線。SPI總線系統(tǒng)是Motorola提出的一種同步串行外設(shè)接口，有信號線少、協(xié)議簡單、傳輸速度快的特點(diǎn)，因此有不少外圍器件都采用SPI總線，如Flash RAM、A/ D轉(zhuǎn)換器、LED顯示器、MCU以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。MCU中的SPI接口通過配置可與各個(gè)廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接連接。

　　對于那些沒有SPI接口功能的MCU來說，SPI接口的功能靠軟件控制MCU的I/O口的方法來模擬。不過，用軟件來模擬SPI接口的功能，工作速度非常慢，并且需要主從器件的軟件之間配合得非常好。如果在單片機(jī)芯片內(nèi)部用硬件電路來完成SPI接口功能，在硬件增加不多的情況下，能夠極大地提高傳輸速度（最高頻率可達(dá)主器件的頻率的1/4），減輕軟件的負(fù)擔(dān)，使用極為方便。

　　SPI接口工作的時(shí)候，沒有應(yīng)答信號，并且數(shù)據(jù)在發(fā)送的時(shí)候無需校驗(yàn)位，所以，要求主從器件的軟件必須完全符合SPI的時(shí)序要求，否則數(shù)據(jù)傳輸很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。本文通過MCU中SPI接口模塊的設(shè)計(jì)，分析數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N出錯(cuò)情況，并針對各種情況，增強(qiáng)SPI接口的錯(cuò)誤處理能力。

1、SPR設(shè)定錯(cuò)誤

　　在從器件時(shí)鐘頻率小于主器件時(shí)鐘頻率時(shí)，如果SCK的速率設(shè)得太快，將導(dǎo)致接收到的數(shù)據(jù)不正確（SPI接口本身難以判斷收到的數(shù)據(jù)是否正確，要在軟件中處理）。

　　整個(gè)系統(tǒng)的速度受三個(gè)因素影響：主器件時(shí)鐘CLK主、從器件時(shí)鐘CLK從和同步串行時(shí)鐘SCK，其中SCK是對CLK主的分頻，CLK從和CLK主是異步的。要使SCK無差錯(cuò)無遺漏地被從器件所檢測到，從器件的時(shí)鐘CLK從必須要足夠快。下面以SCK設(shè)置為CLK主的4分頻的波形為例，分析同步串行時(shí)鐘、主時(shí)鐘和從時(shí)鐘之間的關(guān)系。

圖1主從時(shí)鐘和SCK的關(guān)系

　　如圖1所示，當(dāng)T從Tsck/2，即T從＜2T主時(shí)，無論主時(shí)鐘和從時(shí)鐘之間的相位關(guān)系如何，在從器件CLK從的上升沿必然能夠檢測到SCK的低電平，即SCK＝0的范圍內(nèi)至少包含一個(gè)CLK從的上升沿。

　　圖2中，當(dāng)T從≥TSCK/2＝2T主時(shí)，在clk_s的兩個(gè)上升沿都檢測不到SCK的低電平,這樣從器件就會(huì)漏掉一個(gè)SCK。在某些相位條件下，即使CLK從僥幸能檢測到SCK的低電平，也不能保證可以繼續(xù)檢測到下一個(gè)SCK。只要遺漏了一個(gè)SCK，就相當(dāng)于串行數(shù)據(jù)漏掉了一個(gè)位，后面繼續(xù)接收/發(fā)送的數(shù)據(jù)就都是錯(cuò)誤的了。

圖2主從時(shí)鐘和SCK的關(guān)系

　　根據(jù)以上的分析，SPR和主從時(shí)鐘比的關(guān)系如表1所列。

表1SPR的設(shè)置和主從時(shí)鐘周期比值之間的關(guān)系

　　在發(fā)送數(shù)據(jù)之前按照表1對SPR進(jìn)行設(shè)置，SPR設(shè)定錯(cuò)誤可以完全避免。