SPI调试报告

李少杰 2010-3-24

1.概述

光伏逆变器inverter(DSP)和LCD显示板（MCU）之间数据交互是通过SPI通信方式进行，通过过程中，MCU是主机，DSP为从机，通信速率从2.5M, 625K,200K可设，目前采用了200K的速率（DSP最低只能到200K）。通信规约可见表1。

表1 SPI通信规约

图1 电网电压调理电路

调试目的：

（1）验证通信距离在2m左右时的可靠性；

调试方法：

（1） 通过示波器勾取SPI总线信号，看波形。

（2） LCD显示SPI故障及显示内容与DSP实际值是否一致。

2.调试步骤

 2.1  SPI调试结果    

测试条件及平台：使用屏蔽线，625Kbps通信频率，通信周期100ms。

测试点波形：1，2，4是在DSP端钩取的clk,cs,so信号线，3是在MCU端抓取的SI波形。（SO，SI是依据MCU来定义）

图1不加功率时通信波形

图2 1KW功率时通信波形

图3 3KW功率时通信波形

图4  5KW功率时通信波形A（1，3在DSP端抓取）

图5  5KW功率时通信波形B（信号在MCU端抓取）

测试结果，从以上抓取的图片可看出，随着inverter功率的增加，SPI信号线上的波形受干扰度也跟随着增加，当功率加到5KW时，会出现通信不稳定，LCD断续地显示SPI故障，当功率加到8KW时，SPI通信完全失败，LCD一直显示SPI故障。

原因分析：

1）随着功率的增加，电磁干扰过大，SPI抗干扰能力差；

2）通信线路加长后，DSP和MCU的地可能出现不在同一个平面（0.5m内不会出现通信失败）；

3）电源干扰，从波形可看出很明显的周期性纹波，见图6。

图6 电源周期纹波

2.2.改进方案    

根据2.1节原因分析，做以下3方面硬件改进：

1）对电源进行滤波，并对SPI信号线加上总线驱动；

2）降低通信频率，在SPI总线上加滤波电容。

3）对SPI的4根信号线进行隔离。

2.2.1  电源滤波总线驱动方案    

在DSP提供给MCU的电源线上，串上共模电感，并在SPI总线加上74LVC125驱动，原理图见图7。

图7

按上述方案的调试结果，与未改进前调试结果基本一样，未有明显改善通信质量。这里不再给出抓图，只给出电源滤波后的效果图。

图7 增加TDK滤波效果

2.2.2  降低通信频率方案    

MCU系统的主频Fosc为40MHz，SPI模块的通信频率可为Fosc/4, Fosc/16, Fosc/及Timer2/2，DSP的SPI通信频率最低在195.3Kbps。

MCU由原来选用主频Fosc/改为选用Timer2/2方法为SPI提供通信时钟，设置Timer2定时值，可将通信频率CLK从原来的625Kbps,降低到200Kbps。

由于200Kbps通信频率，可接的滤波电容较小，就不考虑在SPI通信信号线上增加滤波电容，而是沿用以前的滤波电容（容值<=100pF）。

降低通信频率的调试结果，与625Kbps的调试结果基本一样，未有明显改善通信质量。这里不再给出抓图。

2.2.3  信号隔离方案    

本方案待谭钧承给出原理图后，再测试。

结论  

对SPI模块在通信距离达到2m时进行测试，测试结果显示，随着功率的增加，SPI通信稳定性降低，在达到5KW功率时，就会出现报SPI故障现象。通过电源滤波并增加SPI信号线总线驱动；或是降低通信频率，由625Kbps降低到200kbps，通信质量的改善不明显。下步方案将采取SPI信号隔离，降低通信频率到200K，并在电源上增加小型电感滤波。