三线制是一种传感器连接方式，其中电源正端和信号输出的正端分离，但它们共用一个公共端。

在航天工程领域，尤其是星地通讯等远距离遥测遥控过程中，三线制同步串行遥测遥控通道是嵌入式卫星数管计算机的重要功能之一。尽管许多处理器芯片已经集成了同步串行接口，但基于三线制同步串行接口的处理器并不常见。传统的三线制同步通信硬件电路接口虽然能够满足一般的工程需求，但是在追求低成本、小体积、低功耗和灵活性的设计理念下，这种传统设计显得不足。为了应对这些挑战，人们开始采用可编程逻辑器件CPLD/FPGA技术，对三线制同步串行通信接口电路进行结构设计与实现，以期大幅减少系统体积，降低功耗，并提高设计的灵活性。此外，这种方法还能方便地集成其他逻辑功能模块，并将其应用于相关嵌入式系统中。

三线制同步串行通信的关键在于发送端和接收端之间必须使用共同的时钟源以确保准确同步。通常的做法是在发送端利用编码器将待发送的数据和发送时钟组合起来，通过传输线发送到接收端，而接收端则使用解码器从数据流中分离出接收时钟。常见的编码解码器类型包括曼彻斯特编码解码器和NRZ-L码。三线制同步串行通信涉及三个关键信号：采样信号（又称帧同步信号）、时钟信号和串行数据信号。在数据接收或发送过程中，首先是帧同步信号触发一个瞬时启动脉冲，随后保持低电平有效，紧接着时钟信号出现，数据在时钟信号的上升沿保持稳定，并开始采样和传输。每个时钟周期会收发一位字符数据，串行数据则按批次连续发送和接收。

在传统的三线制同步串行通信控制器接口硬件电路设计中，需要使用多种元件来实现其功能，包括异步四位计数器、移位寄存器、8位D触发器、与门、与非门和反相器等。这些元件的组合可以通过复位信号rst n、片选信号CS、门控信号strobe和读写信号RW的不同组合来实现逻辑控制功能。异步四位计数器SN54HC161的计数功能使移位寄存器SN54HC164能够顺利进行数据的串/并转换，将8位并行数据通过8位D触发器SN54HC374锁存在内部总线上等待系统接收。在输出端，通过双D触发器SN54HC74产生中断信号int，通知系统内的微处理器进行数据接收操作。系统时钟start-clk通过分频电路模块产生发送时钟原始信号code-clk，用于电路的时钟状态控制。系统内的微处理器将要发送的8位并行数据通过8位D触发器SN54HC377，将数据锁存在其Q端口等待发送，然后在异步四位计数器SN54HC161的计数功能控制下，移位寄存器SN54HC165进行数据的并/串转换操作。在输出端，通过双D触发器SN54HC74产生中断信号，然后开始通过单向总线驱动器SN54HC244进行帧同步信号、时钟信号及数据的发送操作。

为了解决传统硬件电路存在的问题，如元器件多、功耗大、体积大等，人们开始利用CPLD/FPGA技术，并结合vhdl硬件描述语言来设计三线制同步串行通信控制器接口。这种新的设计方法不仅简化了硬件电路，而且显著降低了功耗和体积，提高了设计的灵活性。基于CPLD/FPGA的三线制同步串行通信控制器接口内部结构主要由时钟分频模块、系统接口控制逻辑、数据接收模块、数据发送模块等四个模块构成。时钟分频模块负责产生同步时钟信号，系统接口控制逻辑则用于控制各种逻辑功能信号，并接收中断仲裁逻辑模块产生的中断信号，从而控制数据的接收或发送操作。数据接收模块是三线制同步串行通信控制器接口进行数据接收的核心部分，其工作流程如下：在帧同步脉冲信号触发下，串行数据在时钟信号rclk的上升沿到来时保持稳定，并通过rdata信号线进入数据接收模块。在该模块内部，串行数据经过串/并变换，接收FIFO作为数据缓冲器，将接收到的数据锁存在vhdl程序指定的两个地址寄存器中，一个地址单元存储数据的高八位，另一个地址单元存储数据的低八位。当数据存满这两个地址单元后，接口向系统发出一个“接收缓存满”的接收中断标志int，系统微处理器响应后，数据被全部取出，并行数据被送往系统的数据总线上，重复进行相同操作，直至连续接收完所有数据，数据接收过程结束。数据发送流程类似，只是在sgate帧同步脉冲信号触发下，系统数据总线上的并行数据在时钟信号sclk的上升沿到来时保持稳定，并通过数据发送模块开始数据发送。在模块内部，首先发送FIFO数据缓冲器，当并行数据存满该缓存单元后，数据发送模块向系统发出一个“发送缓存满”的发送中断标志int，系统微处理器响应后，并行数据从发送FIFO内读出，经过并/串变换成串行数据，最高位MSB最前，最低位LSB最后，并被送往发送数据信号线Sdata上，发送至外围设备接口，重复进行相同操作，直至发送完毕所有数据，数据发送过程结束。

在新一代电子产品的设计中，常常需要对温度信号进行采集处理。铂电阻温度传感器因其精度高、调理简单的特性而在汽车、航空、工业自动化测量等领域得到广泛应用。一种三线制铂电阻温度传感器信号调理电路实现了将三线制铂电阻电阻信号转换成相应的电压信号，以便后续的AD采集器采集和处理器处理。此外，该电路还具备对三线制铂电阻温度传感器的故障检测功能。电路设计的目标是将三线制铂电阻温度传感器的电阻信号调理成对应的电压信号，通过AD采集器采集后，由处理器进行处理。电路原理框图显示了信号调理电路包括精密电流源、惠斯通电桥、差分放大器三个部分。精密电流源提供激励给惠斯通电桥，后者用于精确测量电阻。差分放大器则将惠斯通电桥输出的小电压信号进行放大，以增强电路的抗干扰能力。最终，调理后的信号可通过AD采集器处理后，由处理器进行运算处理。同时，该电路能够对传感器断线和短路故障进行检测识别。这一电路已在实际工程项目中成功应用并通过多项试验验证，表现出良好的稳定性与可靠性。