自制单板机，也是一个微型计算机

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1、工程描述

自制了一个单板机，也是一个具有一定功能的微型计算机。

  

采用1974年的INTEL 8080 CPU制作。

32KB ROM + 32KB RAM，自带硬件串口、数码管、扫描键盘、LCD1602 、SN76489音频发生器。

下文主要分享——CPU发展背景、设计特点、电路设计图、开源资料说明。





本次使用的INTEL 8080 CPU，发展背景是怎样的？一起看看！

01、1971年 英特尔发布了著名的4004 CPU。

02、1972年英特尔发布了8008 CPU。它是一款单芯片的TTL电平兼容PMOS工艺8位处理器，采用冯架构，寻址能力16KB。它被认为是现代x86架构的起源。

03、1974年英特尔8080 CPU问世。

  

它改进了8008的一些问题，将直接寻址空间扩大到64KB。增加了中断处理机制，且拥有了寄存器对操作能力，一次可以转移或者向数据栈操作16位二进制数。它的指针栈和数据栈全部转移到外部的RAM里，栈基地址由SP寄存器寻址。发展到8086之后变成了数据、堆栈、代码、辅助四个基地址 指针 寄存器。

就是这款CPU，为后来的8080总线协议打下基础，该总线形式一直沿用到8085，8086等CPU。值得注意的是，它的寄存器堆上有W和Z，这两个只是中转寄存器，用于复杂指令过程中的暂存，不对程序暴露。

3、设计特点

  

8080采用双列直插DIP-40封装，供电为三组：+5V主电，+12V时钟电源、-5V辅助电源（供内部动态逻辑部分使用）

引脚排列如下图：

  

一般CPU都有三大总线：地址总线、控制总线、数据总线。

8080也不例外。

但就如同8085的地址、数据线复用，CDP1802的高低位地址线复用一样。

引脚不够用的8080也采用了复用总线，但很有特色：它是数据总线和控制总线复用。

在每个指令周期，凡涉及到外部存储器或IO读写的，都先把控制信号通过锁存器输出。

一般可以使用INTEL 8212 锁存器，配合一些逻辑门和三态门，完成控制总线的复用，以及数据总线的驱动。

如下图所示：

  

IOW、IOR是IO口空间（256）的读写信号，MEM W、MEM R是存储器（RAM和ROM）的读写信号。

另外，8080需要两个相位的时钟信号，手册中给出了分立方案，但一般使用8224时钟信号发生器来生成时钟和复位信号。

如下图所示：

  

同理，控制总线和数据总线复用控制器也可以使用8228芯片。

4、电路设计图

综上所述，本设计采用8080A CPU，8224时钟信号发生器、8228总线驱动器等芯片，完成了8080 CPU最小系统和单板机的构建。

在256 byte的IO寻址空间内，分配了扫描显示数码管，LCD1602，MC6850通用异步串行数据收发器（UART），SN76489音频发生器等。

  

PCB图（点击进入嘉立创EDA编辑器打开）

  

实物图（点击进入嘉立创EDA编辑器打开）