铁电存储器在验光仪数据存储系统中的应用

引言
    在综合验光仪的验光过程中，用户会根据不同的测试需求和习惯设置一些系统配置参数，这些参数需要保存起来；更为重要的是，患者测得的双眼屈光数据也需要长时间地保存起来，以备下次更换眼镜时作为配镜参考和数据比较。这样，就面临一个系统掉电后数据保存的问题。
    传统半导体存储器分为易失性存储器和非易失性存储器两类：非易失性存储器包括EPROM、EEPROM和Flash等，在断电后仍能保存数据，但由于采用 ROM技术，所以存在写入时间长、写入次数有限、写入时功耗较高等缺点；而易失性存储器虽然性能高、写入次数不受限制、易用，但在掉电的情况下数据无法保存。对于大量数据的掉电存储，大多采用SRAM加后备电池的方法实现，在实际使用过程中存在着数据不可靠、数据容易丢失以及需要维护电池等一系列的问题，大大增加了产品维护的工作并降低了数据存储的可靠性。铁电存储器FRAM的出现为以上问题的解决提供了一个很好的方案。
    铁电存储器(FRAM)是美国Ramtron公司推出的一款掉电数据不丢失的存储器，它结合了高性能和低功耗操作，能在没有电源的情况下保存数据。 FRAM不仅克服了EEPROM和Flash写入时间长、写入次数有限的缺点，又避免了增加备用电池，做到了快速、可靠的数据掉电保存。FRAM铁电存储器因其掉电不丢失、读写速度快、无限次读写、可靠性高等优点，逐步成为一种主流存储器，广泛应用在仪器仪表、工业控制、数字家电和通信产品等方面。

1 FM1808铁电存储器简介
    FM1808是由Ramtron公司推出的一款存储容量为32K×8位的并行接口FRAM。其主要特点有：采用64K×8位的存储结构；低电压，使用2．7～3．6 V电源供电；无限次读写；掉电数据保存1O年；读写速度快，内存访问速度可达70 ns；先进的高可靠性铁电存储方式；低功耗，小于20μA的静态工作电流，读写操作的功耗相同。

2 FM1808存储器读写操作
    FM1808通过并行口与外部处理器进行接口，其操作虽然与SRAM十分类似，但在使用过程中应注意它们之间的细微差异。FM1808时序和普通SRAM时序的比较如图1所示。


    由FM1808的时序波形和主要特性可知，在使用FM1808时需要注意以下几个方面：
    ①并口FM1808内含地址锁存器，在芯片使能端()的下降沿锁存每个地址，这样就允许在每一次内存存取周期开始之后改变地址总线。每次内存存取都需要在下降沿锁存地址，都必须确保产生一次由高向低的跃变，所以用户不能像SRAM一样将引脚接地。利用来控制地址的理由有两个方面，一是锁存新的地址，另一个是利用为高时产生必需的预充电时间。
    ②SRAM地址锁存后，不会因为改变地址值而影响SRAM的内存操作。与SRAM不同，FM1808的地址在锁存后仍可能会随着地址的变化而发生变化。当地址被锁存后，地址值必须满足保持时间参数后才能改变。
    ③另外一个设计注意事项与VDD有关。电池后备SRAM会不停地监测VDD以便必要时切换至后备方式，在一个低电压水平下，它们会封锁用户对内存的访问以降低活动SRAM对电池电源的消耗；而FRAM存储器不需要这些系统开销，在任何电源水平下，内存都不会锁住用户对内存的存取。然而，在电源超出正常工作范围之外时，用户必须阻止处理器对内存的存取。当电源下跌时，通常的设计惯例是使处理器复位，除此之外没有其他的特殊要求。

3 FM1808与W78E516B的硬件连接
    在综合验光仪的数据存储系统中，应用W78E516B单片机作为主控芯片，外扩了1片FM1808存储器，用来存放系统配置参数和验光患者的眼睛屈光数据。利用FRAM掉电不丢失、读写速度快的特点，本系统在每次开机时会根据上次系统设置的测量参数，对测量系统进行快速的配置，并在开机状态下，随时读取验光患者的眼睛屈光数据，以便方便、快速地进行配镜。
    FM1808与W78E516B的接口电路如图2所示。ALE信号与译码电路产生的片选信号经过“或门”后，再与复位信号RESET相或后产生FM180 8的片选信号。复位信号RESET用于系统复位时封锁FM1808的片选，增强芯片使用的可靠性。同时，由于FM1808有内部地址锁存，所以可将 W78E516B的P0口直接连接到FM1808的地址输入端A0～A7，从而避免传统存储电路采用74HC573锁存造成的地址信号延时，这也是本设计有所创新的地方。



结语
    本文采用W78E516B单片机为核心来外扩FM1808存储器的存储电路，并成功地运用到了综合验光仪的数据存储系统中。该存储系统降低了电路的复杂性，保证了数据的可靠，在整个综合验光仪的使用中起到了良好的作用；同时，也为其他仪器产品的数据存储系统提供了很好的借鉴方法。