摘要：文章詳細(xì)介紹了IDT公司生產(chǎn)的新型先進(jìn)先出異步CMOS FIFO存儲寄存器芯片IDT7203的組成結(jié)構(gòu)、功能原理和運(yùn)行方式，分析了它的字長和字深的擴(kuò)展方法。給出了IDT7203芯片在虛擬示波器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法。

在某些高速數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)顯示控制領(lǐng)域中，往往需要對數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)快速存儲和發(fā)送。而要實(shí)現(xiàn)這種高速數(shù)據(jù)的傳輸，則必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行快速采集、順序存儲和傳送，而傳統(tǒng)的存儲器（如RAM系列）卻無法勝任。IDT72XX系列是IDT公司新推出的先進(jìn)先出（FIFO）存貯器芯片。它具有雙口輸入輸出、采集傳送速度快和先進(jìn)先出的特點(diǎn)，能滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。本文將結(jié)合筆者對該類芯片的實(shí)際應(yīng)用體會來具體討論異步CMOS FIFO IDT7203的性能[1]，以及它在虛擬示波器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 IDT7203的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能

IDT7203的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該芯片是一個(gè)雙端口的存儲緩沖芯片，它結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，并具有控制端、標(biāo)志端、擴(kuò)展端和內(nèi)部RAM陣列，內(nèi)部讀、寫指針在先進(jìn)先出的基礎(chǔ)上可進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動寫入和讀出。當(dāng)有數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)輸入端口（D0～D8）時(shí)，可由控制端W來控制數(shù)據(jù)的寫。為了防止數(shù)據(jù)的寫溢出，可用標(biāo)志端滿FF、半滿HF來標(biāo)明數(shù)據(jù)的寫入情況。寫入時(shí)由內(nèi)部寫指針安排其寫入的位置。由于內(nèi)部RAM陣列的特殊設(shè)計(jì)，先存入的數(shù)據(jù)將被先讀出。如果需要數(shù)據(jù)外讀，則可由控制端R來控制數(shù)據(jù)的讀出情況。W、R由外部晶振提供脈沖。數(shù)據(jù)輸出端口Q0～Q8是三態(tài)的，在無讀信號時(shí)呈高阻態(tài)?！翱誆F”標(biāo)志用來防止數(shù)據(jù)的空讀；若需將內(nèi)部數(shù)據(jù)重新讀出可用控制端RT來實(shí)現(xiàn)。輸入數(shù)據(jù)位D0～D8和輸出數(shù)據(jù)位Q0～Q8提供9位輸入輸出位，可將其中一位用作控制或用戶自定義。擴(kuò)展端XI，XO、FT用來進(jìn)行字深和字長的擴(kuò)展，以便于多個(gè)芯片的組合使用。RS為復(fù)位端。需要注意的由：由于是異步輸入輸出，因此W、R不能同時(shí)有效。IDT7203的主要性能特點(diǎn)如下：

●先進(jìn)先出；

●具有2048×9的存儲結(jié)構(gòu)；

●具有12ns的高速存取時(shí)間；

●低功耗：運(yùn)行時(shí)為770mW(max)；掉電時(shí)為44mW(max)；

●可異步讀出；

●可進(jìn)行任意字深，字長的擴(kuò)展；

●具有空、半滿、滿三個(gè)狀態(tài)標(biāo)志；

●具有重讀功能；

●采用高性能的CMOS技術(shù)；

●使用溫度范圍為-40℃～+85℃。

2 引腳說明

IDT7203的引腳排，各主要引腳的功能如下：

W（WRITE ENABLE）：寫入控制端。當(dāng)無滿標(biāo)志，即FF為高時(shí)，在W的下降沿開始寫周期。當(dāng)存儲器一半已滿時(shí)，下一個(gè)W的下降沿置半滿標(biāo)志，即HF為低。為防止溢出，應(yīng)在存儲器一個(gè)數(shù)據(jù)寫入時(shí)的W的下降沿置滿標(biāo)志，即FF為低。但此時(shí)已不能再對存儲器進(jìn)行寫操作。

D0～D8：數(shù)據(jù)輸入端口；

XI（EXPANSION IN）：擴(kuò)展輸入端。該端口接地表示單片操作。進(jìn)行字深擴(kuò)展時(shí)，應(yīng)將此端與端一個(gè)芯片的XO口相連；

FF（FULL FLAG）：滿標(biāo)志。FF為低時(shí)，不能再對存儲器進(jìn)行寫操作；

Q0～Q8：數(shù)據(jù)輸出端口（三態(tài)）；

GND：接地端；

VCC：電源端口；

FL/RT（FIRST LOAD/RETRANSMIT）：擴(kuò)展時(shí)個(gè)芯片標(biāo)志/重讀。這是一個(gè)雙作用輸入口。在字深擴(kuò)展中，該端接地表示該芯片是芯片組中的個(gè)芯片。在非字深擴(kuò)展應(yīng)用中，該端為重讀控制端；

RS（RESET）：復(fù)位端。RS為低時(shí)芯片復(fù)位以使讀寫指針恢復(fù)到初始位置。復(fù)位期間W、R必須為高；

EF（EMPTY FLAG）：空標(biāo)志。當(dāng)讀指針等于寫指針時(shí)數(shù)據(jù)已讀空，這時(shí)EF為低以防止數(shù)據(jù)進(jìn)一步讀出；

XO/HF（EXPANSION OUT/HALF-FULL-FLAG）：擴(kuò)展輸出端/半空標(biāo)志。在字深擴(kuò)展應(yīng)用時(shí)，該端連接到后一個(gè)芯片的XI口。在非字?jǐn)U展應(yīng)用時(shí)為半滿標(biāo)志端；

R（READ ENABLE）：讀出控制端。無空標(biāo)志時(shí)（即EF為高時(shí)），在R的下降沿開始讀周期。為防止空讀，在存儲器一個(gè)數(shù)據(jù)讀出時(shí)，R的下降沿置空標(biāo)志（即EF為低）。這時(shí)不能再對存儲器進(jìn)行讀操作。

3 運(yùn)行方式

IDT7203具有以下六種運(yùn)行方式；

（1）單片方式：當(dāng)實(shí)際應(yīng)用僅需2048個(gè)字存儲單元或更少時(shí)，采用單片IDT7203。

（2）字長擴(kuò)展方式：當(dāng)實(shí)際應(yīng)用需要每個(gè)字存儲單元大于9位時(shí)，應(yīng)采用多片IDT7203來擴(kuò)展存儲長度。

（3）字深擴(kuò)展方式：當(dāng)實(shí)際應(yīng)用需要大于2048個(gè)字存儲單元時(shí)，應(yīng)采用多片IDT7203來擴(kuò)展存儲深度。

（4）雙向工作方式：當(dāng)實(shí)際應(yīng)用需要數(shù)據(jù)在兩個(gè)分別可讀寫的系統(tǒng)緩沖時(shí)，可用成對的IDT7203來實(shí)現(xiàn)。

（5）數(shù)據(jù)流通方式：該方式是一種邊寫邊讀的方式，即寫一個(gè)數(shù)就讀一個(gè)數(shù)。

（6）復(fù)雜擴(kuò)展方式：該方式是一種結(jié)合字深擴(kuò)展和字長擴(kuò)展的結(jié)合方式。

在以上六種方式中，以前三種方式為常見，下面簡述這三種方式的實(shí)現(xiàn)過程。

（1）單片方式

要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)方式只需將XI接地即可。這時(shí)FL/RT為重新控制端。XO/HF為半空標(biāo)志端。

（2）字長擴(kuò)展方式

將各個(gè)芯片相關(guān)的控制標(biāo)志接在一起同時(shí)控制。狀態(tài)標(biāo)志可在任意一個(gè)芯片中獲得。芯片輸出的信號千萬不要接在一起。這時(shí)FL/RT為重讀控制端，XO/HF為半空標(biāo)志。

（3）字深擴(kuò)展方式

擴(kuò)展中的個(gè)芯片用FL/RT端接地來表示。其它芯片的FL/RT端為高電平。且每個(gè)芯片中的XO端必須接到下一個(gè)芯片的XI端。并將每個(gè)芯片的EF標(biāo)志相“或”以構(gòu)成新的空標(biāo)志；而將每個(gè)芯片的FF標(biāo)志也相“或”來構(gòu)成新的滿標(biāo)志。RT和HF在字深擴(kuò)展方式時(shí)不起作用。

通過對以上幾種運(yùn)行方式的討論，可以看到只要對芯片進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合就能滿足不同的需要，并且操作簡單，應(yīng)用廣泛。

4 IDT7203在虛擬示波器中的應(yīng)用

4.1 硬件設(shè)計(jì)

IDT7203在要求數(shù)據(jù)傳送較快時(shí)為適用，比如要求時(shí)顯示的場合。筆者在一個(gè)虛擬示波器硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要將檢波到的電壓波形及時(shí)地在計(jì)算機(jī)屏幕中顯示出來。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)選取IDT7203系列中的IDT7203S/L12作為A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)暫存，并通過它向計(jì)算機(jī)并口（打印口）[2]發(fā)送數(shù)據(jù)。整個(gè)設(shè)計(jì)中各芯片由單片機(jī)[3]統(tǒng)一控制。

設(shè)計(jì)中的信號由探頭采集，在經(jīng)過必要的幅度衰減等預(yù)處理后由A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由IDR7203暫存并發(fā)送到計(jì)算機(jī)中。

4.2 應(yīng)用說明

TLC5540用于將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號（A/D轉(zhuǎn)換）。該芯片要求輸入為正電壓，所以在預(yù)處理后，應(yīng)在其輸入端加上肖特基二極管以進(jìn)行保護(hù)。

AT89C51用于各控制各芯片與計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸和控制信號。R1、R2是單片機(jī)的上拉電阻。M2是為單片機(jī)提供20MHz的晶振。

FXL晶振可提供40MHz的脈沖波。

FAL20V8以可編程陣列，在單片機(jī)控制下將FXL晶振提供的40MHz脈沖分頻，以提供不同頻率的晶振脈沖和軟件脈沖。其輸出為TLC5540、IDT7203提供脈沖。

由于打印口沒有數(shù)據(jù)輸入口，此設(shè)計(jì)用打印機(jī)適配器的四位狀態(tài)字來作為向上傳輸數(shù)據(jù)的通道。利用74F257可將一個(gè)字節(jié)分為兩次傳送。

DB25為25針的打印機(jī)接口，用于和單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)和控制信息。

為進(jìn)一步說明IDT7203的動作過程，簡要給出單片機(jī)控制的讀寫軟件框。

5 結(jié)論

IDT7203性能優(yōu)良，操作簡單，使用方便。在筆者所設(shè)計(jì)的虛擬示波器硬件系統(tǒng)的實(shí)時(shí)采樣顯示應(yīng)用中，DIT7203起了很好的作用。IDT7203系列因速度不同而有不同的型號，用戶可按需要進(jìn)行選取。在本文的應(yīng)用中，筆者選擇了存取時(shí)間為12ns的IDT7203S/L12.當(dāng)然，也可以根據(jù)RAM陣列的不同來選擇IDT720X系列的其它芯片，它們的引腳和原理與IDT7203相同。可以預(yù)見：IDT7203X系列芯片必將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的存儲緩沖芯片，并在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用設(shè)計(jì)中起到重要的作用。