SPI接口的出错分析及其改进

　　单片机（MCU）系统为了与SPI标准外围接口器件进行通信，必须使用SPI( Serial Peripheral Interface，串行外设接口)总线。SPI总线系统是Motorola提出的一种同步串行外设接口，有信号线少、协议简单、传输速度快的特点，因此有不少外围器件都采用SPI总线，如Flash RAM、A/ D转换器、LED显示器、MCU以及计算机网络等。MCU中的SPI接口通过配置可与各个厂家生产的多种标准外围器件直接连接。

　　对于那些没有SPI接口功能的MCU来说，SPI接口的功能靠软件控制MCU的I/O口的方法来模拟。不过，用软件来模拟SPI接口的功能，工作速度非常慢，并且需要主从器件的软件之间配合得非常好。如果在单片机芯片内部用硬件电路来完成SPI接口功能，在硬件增加不多的情况下，能够极大地提高传输速度（最高频率可达主器件的频率的1/4），减轻软件的负担，使用极为方便。

　　SPI接口工作的时候，没有应答信号，并且数据在发送的时候无需校验位，所以，要求主从器件的软件必须完全符合SPI的时序要求，否则数据传输很容易出现错误。本文通过MCU中SPI接口模块的设计，分析数据传输的各种出错情况，并针对各种情况，增强SPI接口的错误处理能力。

1、SPR设定错误

　　在从器件时钟频率小于主器件时钟频率时，如果SCK的速率设得太快，将导致接收到的数据不正确（SPI接口本身难以判断收到的数据是否正确，要在软件中处理）。

　　整个系统的速度受三个因素影响：主器件时钟CLK主、从器件时钟CLK从和同步串行时钟SCK，其中SCK是对CLK主的分频，CLK从和CLK主是异步的。要使SCK无差错无遗漏地被从器件所检测到，从器件的时钟CLK从必须要足够快。下面以SCK设置为CLK主的4分频的波形为例，分析同步串行时钟、主时钟和从时钟之间的关系。

图1主从时钟和SCK的关系

　　如图1所示，当T从Tsck/2，即T从＜2T主时，无论主时钟和从时钟之间的相位关系如何，在从器件CLK从的上升沿必然能够检测到SCK的低电平，即SCK＝0的范围内至少包含一个CLK从的上升沿。

　　图2中，当T从≥TSCK/2＝2T主时，在clk_s的两个上升沿都检测不到SCK的低电平,这样从器件就会漏掉一个SCK。在某些相位条件下，即使CLK从侥幸能检测到SCK的低电平，也不能保证可以继续检测到下一个SCK。只要遗漏了一个SCK，就相当于串行数据漏掉了一个位，后面继续接收/发送的数据就都是错误的了。

图2主从时钟和SCK的关系

　　根据以上的分析，SPR和主从时钟比的关系如表1所列。

表1SPR的设置和主从时钟周期比值之间的关系

　　在发送数据之前按照表1对SPR进行设置，SPR设定错误可以完全避免。