典型的温度采集测量板的结构

这里描述的是一个典型的温度采集测量板的结构，涉及：

• 传感器

• 恒流源

• 电阻→电压转换

• ADC（AD7177）

• CPLD处理

我先帮你整体梳理流程，然后给出细节和潜在的补充点：

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1️⃣ 整体数据流

（1）温度传感器 → 电阻值

你外接的温度传感器，估计是热敏电阻（如PT100、NTC等），其电阻随温度变化。

• 例如：PT100，0°C 时 100 Ω，100°C 时约 138.5 Ω。

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（2）恒流源驱动 → 电压变化

• 恒流源提供稳定的电流，比如 1 mA。

• 因为 V = I × R：

  • 温度变化 → 电阻变化 → 电压变化

• 这样你获得了一个与温度线性相关的电压信号。

为什么用恒流源？

• 确保电流稳定，避免电阻变化影响电流，提升测量准确性。

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（3）信号调理（如有）

通常这里有几个电路模块：

• 滤波器（防止高频干扰）

• 放大器（比如仪表放大器，提高弱信号到ADC可识别电平）

• 保护电路（如TVS管/限流电阻等）

**问题确认：** 是否有加入信号调理放大或滤波？是否是单端输入/差分输入？

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（4）ADC7177 采集

AD7177 是高性能的24位 Δ-Σ ADC，其主要功能：

• 将模拟电压高精度采样为数字值。

• 可能是单端采集或差分采集（更抗干扰）。

• 内部具备：

  • 可编程增益放大器（PGA）

  • 多路输入切换

  • 内置/外置参考电压支持

流程：
1️⃣ 模拟信号接入 ADC 输入端（AIN+ / AIN-）
2️⃣ ADC 完成 Δ-Σ 转换 + 数字滤波
3️⃣ 输出数字温度值

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（5）CPLD 处理

CPLD（复杂可编程逻辑器件）的任务：

• 负责从 ADC7177 获取数据：

  • SPI/I2C 接口（ADC7177 通常 SPI 通信）

• 对数据做：

  • 解码/格式化

  • 计算/阈值判断

  • 触发告警/输出到外部总线

它也可能：

• 控制 ADC 的寄存器设置

• 管理多路温度通道的扫描切换

• 输出到主控（MCU/FPGA/上位机）

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2️⃣ 整体数据流程示意

csharp

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[温度传感器] │ │（电阻） ▼ [恒流源驱动] │ │（V = I × R） ▼ [模拟电压信号] │ │（滤波/放大/保护？） ▼ [ADC7177] │ │（SPI数字数据） ▼ [CPLD处理] │ │（计算/告警/传输） ▼ [上位系统 or 存储/显示]

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3️⃣ 你可补充确认的点

1️⃣ 温度传感器类型？（PT100 / NTC / 热敏电阻 / 热电偶？）

2️⃣ 恒流源规格？

• 电流值？

• 自制 or IC？（比如MAX31865一类带恒流源芯片）

3️⃣ 信号调理？

• 是否有前端放大？

• 是否差分采集？

4️⃣ ADC7177设置？

• 输入范围？

• 参考电压来源？

• 采样速率？

5️⃣ CPLD任务细节？

• 单纯数据采集，还是含有预处理算法（如查表转温度）？

6️⃣ 下游通信接口？

• 是通过 CPLD 输出 SPI/I2C/UART？还是并口/其他接口？

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4️⃣ 可能需要补充的电路点

• 温漂补偿（高精密场景常需要）

• 校准机制（如两点校准法）

• 防雷/防浪涌保护

• 供电系统（ADC、CPLD 是否共用模拟/数字电源）

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✅ 总结

这个系统本质上是：

1️⃣ 用恒流源把温度变化转成电压变化
2️⃣ 用高精度ADC把电压变化转成数字信号
3️⃣ 用CPLD完成数字处理、格式化、输出

它的关键点：

• 恒流源精度

• 信号调理设计

• ADC采集精度

• 数字处理与通信

能否详细说明cpld从ADC7177怎样获取数据，并说明怎么做数据处理

ChatGPT 说：

太好了，这里是关键环节之一！我们来详细拆解 CPLD 如何从 ADC7177 获取数据 以及 怎么做数据处理。

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一、CPLD 与 ADC7177 的通信机制

1️⃣ 通信接口

• ADC7177 支持 SPI 接口（4线制）：

  • SCLK（时钟）

  • SDI（主出从入，配置用）

  • SDO（主入从出，读数据）

  • CS（片选）

CPLD 扮演 SPI 主机 的角色，控制 ADC 进行：

• 寄存器配置（SDI）

• 采样数据读取（SDO）

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2️⃣ 通信时序（关键）

基本时序如下（参考 ADC7177 datasheet）：

（1）初始化阶段

• CPLD 启动后：

  • 下发寄存器配置命令：

    • 设置输入通道（如 AIN0/AIN1）

    • 采样速率（比如 10 SPS, 50 SPS）

    • 增益选择

    • 参考电压来源

例子（SPI写寄存器）：

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| CS 低电平 | 发送命令字节 + 数据字节 | CS 高电平

（2）采样阶段

• 当 ADC 转换完成时，DRDY 引脚（数据就绪）拉低（ADC7177 有专门的 DRDY 引脚）。

• CPLD 轮询/中断感知 DRDY 下降沿后，进行数据读取：

例子（SPI读数据）：

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| CPLD 检测 DRDY 低 | CPLD 拉低 CS | CPLD 发送读取命令（8位）+ 读取24位数据 | CPLD 拉高 CS

✅ 重点： ADC7177 是 24位输出，CPLD 需要拼接3字节数据。

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3️⃣ SPI状态机实现

CPLD 内部实现一个 SPI状态机：

• IDLE：等待 DRDY 低电平

• START：拉低 CS

• SEND_CMD：发出 SPI 命令（如读数据指令）

• READ_DATA：读取 3 字节

• DONE：拉高 CS，进入 IDLE

状态机可以用 Verilog/VHDL 写。

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二、CPLD 处理数据的思路

1️⃣ 数据拼接

ADC7177 发送 3 个字节（24位）：

• Byte1（MSB）

• Byte2

• Byte3（LSB）

CPLD 需要拼成：

ini

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Data = {Byte1, Byte2, Byte3}

这是 二进制补码格式，对应 ±FS 范围。

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2️⃣ 数据转换

两步转换：

（A）数字码 → 电压

ADC7177 的输出范围是：

makefile

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码值范围: -2^23 ~ +2^23 - 1

假设参考电压 Vref = 5V，满量程 ±5V：

• 电压 = (Data / (2^23)) × Vref

例：

makefile

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Data = 0x400000 (~2^22) 电压 ≈ (2^22 / 2^23) × 5V = 2.5V

（B）电压 → 温度

前面你提到：电压 = 恒流源 × 电阻
而电阻= f(温度)，所以 CPLD 内部有三种做法：

1️⃣ 线性算法：

• 温度 = (电压 - 偏移) / 斜率

• （适合简单 NTC）

2️⃣ 查找表（LUT）：

• CPLD 内部存储温度-电阻对应表

• 比如 PT100 常用分段查表 + 插值

3️⃣ 高阶拟合：

• 用三阶多项式计算

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3️⃣ 阈值告警处理（如有）

例：

• 70°C 拉高告警引脚

• < -20°C 触发低温保护

实现方式：

• 在数据流中加入比较逻辑

• CPLD 内部硬件实现超温标志位

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4️⃣ 数据输出/刷新

数据处理完成后 CPLD：

• 将数据：

  • 放到输出寄存器

  • 或通过SPI/UART/并口/其他总线输出给上位机

• CPLD 内部通常有握手信号，确认数据准备完毕。

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三、总结一个流程图

csharp

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[DRDY ↓] │ [CPLD SPI 状态机] │ [读取 24位数据] │ [拼接 Data] │ [数值转换] │ │ │ (A) 电压 = Data 转换 │ (B) 温度 = 电压转温度 │ [阈值判断] │ [输出寄存器/接口]

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四、你可确认的细节

• ✅ CPLD 内部是 FPGA级别处理？还是只负责数据转发？

• ✅ 温度转换公式复杂吗？用 LUT 还是直接输出？

• ✅ 数据是实时输出还是批量输出？

• ✅ 采样频率/速率有要求吗？

• ✅ 通信接口是 CPLD → MCU/FPC/其他什么总线？