FIFO存储缓冲芯片IDT7203的原理及应用

2006-05-07 15:49:36来源: 国外电子元器件

在某些高速数据传输和实时显示控制领域中,往往需要对数据实现快速存储和发送。而要实现这种高速数据的传输,则必须对数据进行快速采集、顺序存储和传送,而传统的存储器(如RAM系列)却无法胜任。IDT72XX系列是IDT公司新推出的先进先出(FIFO)存贮器芯片。它具有双口输入输出、采集传送速度快和先进先出的特点,能满足高速数据传输的要求。本文将结合笔者对该类芯片的实际应用体会来具体讨论异步CMOS FIFO IDT7203的性能[1],以及它在虚拟示波器硬件系统设计中的应用。

1 IDT7203的内部结构及性能

IDT7203的内部结构原理如图1所示,从图中可知,该芯片是一个双端口的存储缓冲芯片,它结构简单,便于操作,并具有控制端、标志端、扩展端和内部RAM阵列,内部读、写指针在先进先出的基础上可进行数据的自动写入和读出。当有数据到数据输入端口(D0~D8)时,可由控制端W来控制数据的写。为了防止数据的写溢出,可用标志端满FF、半满HF来标明数据的写入情况。写入时由内部写指针安排其写入的位置。由于内部RAM阵列的特殊设计,先存入的数据将被先读出。如果需要数据外读,则可由控制端R来控制数据的读出情况。W、R由外部晶振提供脉冲。数据输出端口Q0~Q8是三态的,在无读信号时呈高阻态。“空EF”标志用来防止数据的空读;若需将内部数据重新读出可用控制端RT来实现。输入数据位D0~D8和输出数据位Q0~Q8提供9位输入输出位,可将其中一位用作控制或用户自定义。扩展端XI,XO、FT用来进行字深和字长的扩展,以便于多个芯片的组合使用。RS为复位端。需要注意的由:由于是异步输入输出,因此W、R不能同时有效。IDT7203的主要性能特点如下:

●先进先出;

●具有2048×9的存储结构;

●具有12ns的高速存取时间;

●低功耗:运行时为770mW(max);掉电时为44mW(max);

●可异步读出;

●可进行任意字深,字长的扩展;

●具有空、半满、满三个状态标志;

●具有重读功能;

●采用高性能的CMOS技术;

●使用温度范围为-40℃~+85℃。

2 引脚说明

IDT7203的引脚排列如图2所示,各主要引脚的功能如下:

W(WRITE ENABLE):写入控制端。当无满标志,即FF为高时,在W的下降沿开始写周期。当存储器一半已满时,下一个W的下降沿置半满标志,即HF为低。为防止溢出,应在存储器最后一个数据写入时的W的下降沿置满标志,即FF为低。但此时已不能再对存储器进行写操作。

D0~D8:数据输入端口;

XI(EXPANSION IN):扩展输入端。该端口接地表示单片操作。进行字深扩展时,应将此端与端一个芯片的XO口相连;

FF(FULL FLAG):满标志。FF为低时,不能再对存储器进行写操作;

Q0~Q8:数据输出端口(三态);

GND:接地端;

VCC:电源端口;

FL/RT(FIRST LOAD/RETRANSMIT):扩展时第一个芯片标志/重读。这是一个双作用输入口。在字深扩展中,该端接地表示该芯片是芯片组中的第一个芯片。在非字深扩展应用中,该端为重读控制端;

RS(RESET):复位端。RS为低时芯片复位以使读写指针恢复到初始位置。复位期间W、R必须为高;

EF(EMPTY FLAG):空标志。当读指针等于写指针时数据已读空,这时EF为低以防止数据进一步读出;

XO/HF(EXPANSION OUT/HALF-FULL-FLAG):扩展输出端/半空标志。在字深扩展应用时,该端连接到后一个芯片的XI口。在非字扩展应用时为半满标志端;

R(READ ENABLE):读出控制端。无空标志时(即EF为高时),在R的下降沿开始读周期。为防止空读,在存储器最后一个数据读出时,R的下降沿置空标志(即EF为低)。这时不能再对存储器进行读操作。

3 运行方式

IDT7203具有以下六种运行方式;

(1)单片方式:当实际应用仅需2048个字存储单元或更少时,采用单片IDT7203。

(2)字长扩展方式:当实际应用需要每个字存储单元大于9位时,应采用多片IDT7203来扩展存储长度。

(3)字深扩展方式:当实际应用需要大于2048个字存储单元时,应采用多片IDT7203来扩展存储深度。

(4)双向工作方式:当实际应用需要数据在两个分别可读写的系统缓冲时,可用成对的IDT7203来实现。

(5)数据流通方式:该方式是一种边写边读的方式,即写一个数就读一个数。

(6)复杂扩展方式:该方式是一种结合字深扩展和字长扩展的结合方式。

在以上六种方式中,以前三种方式最为常见,下面简述这三种方式的实现过程。

(1)单片方式

要实现单片机方式只需将XI接地即可。这时FL/RT为重新控制端。XO/HF为半空标志端。

(2)字长扩展方式

将各个芯片相关的控制标志接在一起同时控制。状态标志可在任意一个芯片中获得。芯片输出的信号千万不要接在一起。这时FL/RT为重读控制端,XO/HF为半空标志。连接图如图3所示(以两个芯片为例)。

(3)字深扩展方式

扩展中的第一个芯片用FL/RT端接地来表示。其它芯片的FL/RT端为高电平。且每个芯片中的XO端必须接到下一个芯片的XI端。并将每个芯片的EF标志相“或”以构成新的空标志;而将每个芯片的FF标志也相“或”来构成新的满标志。RT和HF在字深扩展方式时不起作用。其连接图如图4所示(两个芯片)。

通过对以上几种运行方式的讨论,可以看到只要对芯片进行适当的组合就能满足不同的需要,并且操作简单,应用广泛。

4 IDT7203在虚拟示波器中的应用

4.1 硬件设计

IDT7203在要求数据传送较快时最为适用,比如要求时显示的场合。笔者在一个虚拟示波器硬件系统的设计中,需要将检波到的电压波形及时地在计算机屏幕中显示出来。因此,在设计时选取IDT7203系列中的IDT7203S/L12作为A/D转换的数据暂存,并通过它向计算机并口(打印口)[2]发送数据。整个设计中各芯片由单片机[3]统一控制,系统框图如图5所示。

设计中的信号由探头采集,在经过必要的幅度衰减等预处理后由A/D转换芯片将模拟信号转换为数字信号,再由IDR7203暂存并发送到计算机中。具体的硬件连接如图6所示(需图连接)。

4.2 应用说明

TLC5540用于将模拟信号转化为数字信号(A/D转换)。该芯片要求输入为正电压,所以在预处理后,应在其输入端加上肖特基二极管以进行保护。

AT89C51用于各控制各芯片与计算机之间数据传输和控制信号。图6中R1、R2是单片机的上拉电阻。M2是为单片机提供20MHz的晶振。

FXL晶振可提供40MHz的脉冲波。

FAL20V8以可编程阵列,在单片机控制下将FXL晶振提供的40MHz脉冲分频,以提供不同频率的晶振脉冲和软件脉冲。其输出为TLC5540、IDT7203提供脉冲。

由于打印口没有数据输入口,此设计用打印机适配器的四位状态字来作为向上传输数据的通道。利用74F257可将一个字节分为两次传送。

DB25为25针的打印机接口,用于和单片机传输数据和控制信息。

为进一步说明IDT7203的动作过程,图7简要给出单片机控制的读写软件框图。

5 结论

IDT7203性能优良,操作简单,使用方便。在笔者所设计的虚拟示波器硬件系统的实时采样显示应用中,DIT7203起了很好的作用。IDT7203系列因速度不同而有不同的型号,用户可按需要进行选取。在本文的应用中,笔者选择了存取时间为12ns的IDT7203S/L12.当然,也可以根据RAM阵列的不同来选择IDT720X系列的其它芯片,它们的引脚和原理与IDT7203相同。可以预见:IDT7203X系列芯片必将代替传统的存储缓冲芯片,并在高速数据传输的应用设计中起到重要的作用。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/memory/200605/1573.html
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