鐵電存儲器在驗光儀數據存儲系統中的應用

戈錄永

(中北大學光電儀器廠,太原030051)

引 言

在綜合驗光儀的驗光過程中,用戶會根據不同的測試需求和習慣設置一些系統配置參數,這些參數需要保存起來;更為重要的是,患者測得的雙眼屈光數據也需要長時間地保存起來,以備下次更換眼鏡時作為配鏡參考和數據比較。這樣,就面臨一個系統掉電后數據保存的問題。

傳統半導體存儲器分為易失性存儲器和非易失性存儲器兩類:非易失性存儲器包括EPROM、EEPROM和Flash等,在斷電后仍能保存數據,但由于采用ROM技術,所以存在寫入時間長、寫入次數有限、寫入時功耗較高等缺點;而易失性存儲器雖然性能高、寫入次數不受限制、易用,但在掉電的情況下數據無法保存。對于大量數據的掉電存儲,大多采用SRAM加后備電池的方法實現,在實際使用過程中存在著數據不可靠、數據容易丟失以及需要維護電池等一系列的問題,大大增加了產品維護的工作并降低了數據存儲的可靠性。鐵電存儲器FRAM的出現為以上問題的解決提供了一個很好的方案。

鐵電存儲器(FRAM)是美國Ram tron公司推出的一款掉電數據不丟失的存儲器,它結合了高性能和低功耗操作,能在沒有電源的情況下保存數據。FRAM不僅克服了EEPROM和Flash寫入時間長、寫入次數有限的缺點,又避免了增加備用電池,做到了快速、可靠的數據掉電保存[1]。FRAM鐵電存儲器因其掉電不丟失、讀寫速度快、無限次讀寫、可靠性高等優點,逐步成為一種主流存儲器,廣泛應用在儀器儀表、工業控制、數字家電和通信產品等方面。

1 FM1808鐵電存儲器簡介

FM 1808是由Ram tron公司推出的一款存儲容量為32K×8位的并行接口FRAM。其主要特點有[2-3]:采用64K×8位的存儲結構;低電壓,使用2.7～3.6 V電源供電;無限次讀寫;掉電數據保存10年;讀寫速度快,內存訪問速度可達70 ns;先進的高可靠性鐵電存儲方式;低功耗,小于20μA的靜態工作電流,讀寫操作的功耗相同。

2 FM1808存儲器讀寫操作

FM 1808通過并行口與外部處理器進行接口,其操作雖然與SRAM十分類似,但在使用過程中應注意它們之間的細微差異[2-3]。FM 1808時序和普通SRAM時序的比較如圖1所示。

圖1 FM1808與SRAM時序比較

由FM 1808的時序波形和主要特性可知,在使用FM 1808時需要注意以下幾個方面:

②SRAM地址鎖存后,不會因為改變地址值而影響SRAM的內存操作。與SRAM不同,FM 1808的地址在鎖存后仍可能會隨著地址的變化而發生變化。當地址被鎖存后,地址值必須滿足保持時間參數后才能改變。

③另外一個設計注意事項與VDD有關。電池后備SRAM會不停地監測VDD以便必要時切換至后備方式,在一個低電壓水平下,它們會封鎖用戶對內存的訪問以降低活動SRAM對電池電源的消耗;而FRAM存儲器不需要這些系統開銷,在任何電源水平下,內存都不會鎖住用戶對內存的存取。然而,在電源超出正常工作范圍之外時,用戶必須阻止處理器對內存的存取。當電源下跌時,通常的設計慣例是使處理器復位,除此之外沒有其他的特殊要求。

3 FM1808與W78E516B的硬件連接

在綜合驗光儀的數據存儲系統中,應用W 78E516B單片機作為主控芯片,外擴了1片FM 1808存儲器,用來存放系統配置參數和驗光患者的眼睛屈光數據。利用FRAM掉電不丟失、讀寫速度快的特點,本系統在每次開機時會根據上次系統設置的測量參數,對測量系統進行快速的配置,并在開機狀態下,隨時讀取驗光患者的眼睛屈光數據,以便方便、快速地進行配鏡。

圖2 FM1808與W78E516B的接口電路

FM 1808與W78E516B的接口電路如圖2所示。ALE信號與譯碼電路產生的片選信號過“或門”后,再與復位信號RESET相或后產生FM 1808的片選信號。復位信號RESET用于系統復位時封鎖FM 1808的片選,增強芯片使用的可靠性。同時,由于FM 1808有內部地址鎖存,所以可將W 78E516B的P0口直接連接到FM 1808的地址輸入端A0～A 7,從而避免傳統存儲電路采用74HC573鎖存造成的地址信號延時,這也是本設計有所創新的地方[3-5]。

結 語

本文采用W 78E516B單片機為核心來外擴FM 1808存儲器的存儲電路,并成功地運用到了綜合驗光儀的數據存儲系統中。該存儲系統降低了電路的復雜性,保證了數據的可靠,在整個綜合驗光儀的使用中起到了良好的作用[5-6];同時,也為其他儀器產品的數據存儲系統提供了很好的借鑒方法。

[1]孫樹印.鐵電存儲器原理及應用[J].世界電子元器件,2004(6):65-67.

[2]深圳市華胄科技有限公司.鐵電存儲器數據手冊,2003-08:1-11.

[3]深圳市華胄科技有限公司.鐵電存儲器FM 1808設計應用參考,2003-06:1-5.

[4]Winbond Electronics Crop.W78E516B 8-bit M icrocontroller Data book,2004:1-15.

[5]張建鵬,于超,李剛.FRAM存儲器及其在新型12導心電圖機中的應用[J].醫療衛生裝備,2005,26(10):25-26.

[6]龍子夜,張杰,寇瓊月.新型鐵電存儲器在電力無線監測系統中的應用[J].武漢工業學院學報,2007,26(2):81-84.