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  • 自制单板机,也是一个微型计算机

  • 2023-08-22 09:21:33 阅读量:3301

本文作者:立创开源硬件平台 OSHWHub @BH2VGM禁止商用,未经许可禁止转载点击看原文章


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。



2、CPU发展背景


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图击进入嘉创EDA编辑器打开)



  

更多详情及附件,可从原工程查看。

本文作者:立创开源硬件平台 OSHWHub 用户@BH2VGM禁止商用,未经许可禁止转载

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