鐵電存儲器在驗(yàn)光儀數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言
    在綜合驗(yàn)光儀的驗(yàn)光過程中，用戶會根據(jù)不同的測試需求和習(xí)慣設(shè)置一些系統(tǒng)配置參數(shù)，這些參數(shù)需要保存起來；更為重要的是，患者測得的雙眼屈光數(shù)據(jù)也需要長時(shí)間地保存起來，以備下次更換眼鏡時(shí)作為配鏡參考和數(shù)據(jù)比較。這樣，就面臨一個(gè)系統(tǒng)掉電后數(shù)據(jù)保存的問題。
    傳統(tǒng)半導(dǎo)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(shù)據(jù)，但由于采用 ROM技術(shù)，所以存在寫入時(shí)間長、寫入次數(shù)有限、寫入時(shí)功耗較高等缺點(diǎn)；而易失性存儲器雖然性能高、寫入次數(shù)不受限制、易用，但在掉電的情況下數(shù)據(jù)無法保存。對于大量數(shù)據(jù)的掉電存儲，大多采用SRAM加后備電池的方法實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際使用過程中存在著數(shù)據(jù)不可靠、數(shù)據(jù)容易丟失以及需要維護(hù)電池等一系列的問題，大大增加了產(chǎn)品維護(hù)的工作并降低了數(shù)據(jù)存儲的可靠性。鐵電存儲器FRAM的出現(xiàn)為以上問題的解決提供了一個(gè)很好的方案。
    鐵電存儲器(FRAM)是美國Ramtron公司推出的一款掉電數(shù)據(jù)不丟失的存儲器，它結(jié)合了高性能和低功耗操作，能在沒有電源的情況下保存數(shù)據(jù)。 FRAM不僅克服了EEPROM和Flash寫入時(shí)間長、寫入次數(shù)有限的缺點(diǎn)，又避免了增加備用電池，做到了快速、可靠的數(shù)據(jù)掉電保存。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(yōu)點(diǎn)，逐步成為一種主流存儲器，廣泛應(yīng)用在儀器儀表、工業(yè)控制、數(shù)字家電和通信產(chǎn)品等方面。

1 FM1808鐵電存儲器簡介
    FM1808是由Ramtron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(diǎn)有：采用64K×8位的存儲結(jié)構(gòu)；低電壓，使用2．7～3．6 V電源供電；無限次讀寫；掉電數(shù)據(jù)保存1O年；讀寫速度快，內(nèi)存訪問速度可達(dá)70 ns；先進(jìn)的高可靠性鐵電存儲方式；低功耗，小于20μA的靜態(tài)工作電流，讀寫操作的功耗相同。

2 FM1808存儲器讀寫操作
    FM1808通過并行口與外部處理器進(jìn)行接口，其操作雖然與SRAM十分類似，但在使用過程中應(yīng)注意它們之間的細(xì)微差異。FM1808時(shí)序和普通SRAM時(shí)序的比較如圖1所示。


    由FM1808的時(shí)序波形和主要特性可知，在使用FM1808時(shí)需要注意以下幾個(gè)方面：
    ①并口FM1808內(nèi)含地址鎖存器，在芯片使能端()的下降沿鎖存每個(gè)地址，這樣就允許在每一次內(nèi)存存取周期開始之后改變地址總線。每次內(nèi)存存取都需要在下降沿鎖存地址，都必須確保產(chǎn)生一次由高向低的躍變，所以用戶不能像SRAM一樣將引腳接地。利用來控制地址的理由有兩個(gè)方面，一是鎖存新的地址，另一個(gè)是利用為高時(shí)產(chǎn)生必需的預(yù)充電時(shí)間。
    ②SRAM地址鎖存后，不會因?yàn)楦淖兊刂分刀绊慡RAM的內(nèi)存操作。與SRAM不同，F(xiàn)M1808的地址在鎖存后仍可能會隨著地址的變化而發(fā)生變化。當(dāng)?shù)刂繁绘i存后，地址值必須滿足保持時(shí)間參數(shù)后才能改變。
    ③另外一個(gè)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與VDD有關(guān)。電池后備SRAM會不停地監(jiān)測VDD以便必要時(shí)切換至后備方式，在一個(gè)低電壓水平下，它們會封鎖用戶對內(nèi)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(tǒng)開銷，在任何電源水平下，內(nèi)存都不會鎖住用戶對內(nèi)存的存取。然而，在電源超出正常工作范圍之外時(shí)，用戶必須阻止處理器對內(nèi)存的存取。當(dāng)電源下跌時(shí)，通常的設(shè)計(jì)慣例是使處理器復(fù)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(yàn)光儀的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，應(yīng)用W78E516B單片機(jī)作為主控芯片，外擴(kuò)了1片F(xiàn)M1808存儲器，用來存放系統(tǒng)配置參數(shù)和驗(yàn)光患者的眼睛屈光數(shù)據(jù)。利用FRAM掉電不丟失、讀寫速度快的特點(diǎn)，本系統(tǒng)在每次開機(jī)時(shí)會根據(jù)上次系統(tǒng)設(shè)置的測量參數(shù)，對測量系統(tǒng)進(jìn)行快速的配置，并在開機(jī)狀態(tài)下，隨時(shí)讀取驗(yàn)光患者的眼睛屈光數(shù)據(jù)，以便方便、快速地進(jìn)行配鏡。
    FM1808與W78E516B的接口電路如圖2所示。ALE信號與譯碼電路產(chǎn)生的片選信號經(jīng)過“或門”后，再與復(fù)位信號RESET相或后產(chǎn)生FM180 8的片選信號。復(fù)位信號RESET用于系統(tǒng)復(fù)位時(shí)封鎖FM1808的片選，增強(qiáng)芯片使用的可靠性。同時(shí)，由于FM1808有內(nèi)部地址鎖存，所以可將 W78E516B的P0口直接連接到FM1808的地址輸入端A0～A7，從而避免傳統(tǒng)存儲電路采用74HC573鎖存造成的地址信號延時(shí)，這也是本設(shè)計(jì)有所創(chuàng)新的地方。



結(jié)語
    本文采用W78E516B單片機(jī)為核心來外擴(kuò)FM1808存儲器的存儲電路，并成功地運(yùn)用到了綜合驗(yàn)光儀的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中。該存儲系統(tǒng)降低了電路的復(fù)雜性，保證了數(shù)據(jù)的可靠，在整個(gè)綜合驗(yàn)光儀的使用中起到了良好的作用；同時(shí)，也為其他儀器產(chǎn)品的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)提供了很好的借鑒方法。