SPI接口的出錯分析及其改進

　　單片機（MCU）系統為了與SPI標準外圍接口器件進行通信，必須使用SPI( Serial Peripheral Interface，串行外設接口)總線。SPI總線系統是Motorola提出的一種同步串行外設接口，有信號線少、協議簡單、傳輸速度快的特點，因此有不少外圍器件都采用SPI總線，如Flash RAM、A/ D轉換器、LED顯示器、MCU以及計算機網絡等。MCU中的SPI接口通過配置可與各個廠家生產的多種標準外圍器件直接連接。

　　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。如果在單片機芯片內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（最高頻率可達主器件的頻率的1/4），減輕軟件的負擔，使用極為方便。

　　SPI接口工作的時候，沒有應答信號，并且數據在發送的時候無需校驗位，所以，要求主從器件的軟件必須完全符合SPI的時序要求，否則數據傳輸很容易出現錯誤。本文通過MCU中SPI接口模塊的設計，分析數據傳輸的各種出錯情況，并針對各種情況，增強SPI接口的錯誤處理能力。

1、SPR設定錯誤

　　在從器件時鐘頻率小于主器件時鐘頻率時，如果SCK的速率設得太快，將導致接收到的數據不正確（SPI接口本身難以判斷收到的數據是否正確，要在軟件中處理）。

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

圖1主從時鐘和SCK的關系

　　如圖1所示，當T從Tsck/2，即T從＜2T主時，無論主時鐘和從時鐘之間的相位關系如何，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的范圍內至少包含一個CLK從的上升沿。

　　圖2中，當T從≥TSCK/2＝2T主時，在clk_s的兩個上升沿都檢測不到SCK的低電平,這樣從器件就會漏掉一個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檢測到下一個SCK。只要遺漏了一個SCK，就相當于串行數據漏掉了一個位，后面繼續接收/發送的數據就都是錯誤的了。

圖2主從時鐘和SCK的關系

　　根據以上的分析，SPR和主從時鐘比的關系如表1所列。

表1SPR的設置和主從時鐘周期比值之間的關系

　　在發送數據之前按照表1對SPR進行設置，SPR設定錯誤可以完全避免。