Работайте по синхронно. От тактовой частоты системы.
Для простоты возмем вторую картинку
D_RD и D_СS сведем обычным "ИЛИ" в один сигнал например RD.
Для простоты считаем что trz заведомо длиннее двух периодов клока.
Запускаем RD на стандартную схему выделения фронта.
На выходе схемы получаем синхронный импулсь шириной в один такт, указывающий что данные нужно затолкнуть в FIFO.
Если trz короткий, то защелкивать данные в промежуточный регистр и данные забирать с него.