本文作者：立創(chuàng)開源硬件平臺 OSHWHub 用戶@BH2VGM，禁止商用，未經(jīng)許可禁止轉(zhuǎn)載，點擊查看原文章

1、工程描述

自制了一個單板機，也是一個具有一定功能的微型計算機。

  

采用1974年的INTEL 8080 CPU制作。

32KB ROM + 32KB RAM，自帶硬件串口、數(shù)碼管、掃描鍵盤、LCD1602 、SN76489音頻發(fā)生器。

下文主要分享——CPU發(fā)展背景、設計特點、電路設計圖、開源資料說明。





本次使用的INTEL 8080 CPU，發(fā)展背景是怎樣的？一起看看！

01、1971年英特爾發(fā)布了著名的4004 CPU。

02、1972年英特爾發(fā)布了8008 CPU。它是一款單芯片的TTL電平兼容PMOS工藝8位處理器，采用馮架構(gòu)，尋址能力16KB。它被認為是現(xiàn)代x86架構(gòu)的起源。

03、1974年英特爾8080 CPU問世。

  

它改進了8008的一些問題，將直接尋址空間擴大到64KB。增加了中斷處理機制，且擁有了寄存器對操作能力，一次可以轉(zhuǎn)移或者向數(shù)據(jù)棧操作16位二進制數(shù)。它的指針棧和數(shù)據(jù)棧全部轉(zhuǎn)移到外部的RAM里，棧基地址由SP寄存器尋址。發(fā)展到8086之后變成了數(shù)據(jù)、堆棧、代碼、輔助四個基地址 指針 寄存器。

就是這款CPU，為后來的8080總線協(xié)議打下基礎，該總線形式一直沿用到8085，8086等CPU。值得注意的是，它的寄存器堆上有W和Z，這兩個只是中轉(zhuǎn)寄存器，用于復雜指令過程中的暫存，不對程序暴露。

3、設計特點

  

8080采用雙列直插DIP-40封裝，供電為三組：+5V主電，+12V時鐘電源、-5V輔助電源（供內(nèi)部動態(tài)邏輯部分使用）

引腳排列如下圖：

  

一般CPU都有三大總線：地址總線、控制總線、數(shù)據(jù)總線。

8080也不例外。

但就如同8085的地址、數(shù)據(jù)線復用，CDP1802的高低位地址線復用一樣。

引腳不夠用的8080也采用了復用總線，但很有特色：它是數(shù)據(jù)總線和控制總線復用。

在每個指令周期，凡涉及到外部存儲器或IO讀寫的，都先把控制信號通過鎖存器輸出。

一般可以使用INTEL 8212 鎖存器，配合一些邏輯門和三態(tài)門，完成控制總線的復用，以及數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動。

如下圖所示：

  

IOW、IOR是IO口空間（256）的讀寫信號，MEM W、MEM R是存儲器（RAM和ROM）的讀寫信號。

另外，8080需要兩個相位的時鐘信號，手冊中給出了分立方案，但一般使用8224時鐘信號發(fā)生器來生成時鐘和復位信號。

如下圖所示：

  

同理，控制總線和數(shù)據(jù)總線復用控制器也可以使用8228芯片。

4、電路設計圖

綜上所述，本設計采用8080A CPU，8224時鐘信號發(fā)生器、8228總線驅(qū)動器等芯片，完成了8080 CPU最小系統(tǒng)和單板機的構(gòu)建。

在256 byte的IO尋址空間內(nèi)，分配了掃描顯示數(shù)碼管，LCD1602，MC6850通用異步串行數(shù)據(jù)收發(fā)器（UART），SN76489音頻發(fā)生器等。

  

PCB圖（點擊進入嘉立創(chuàng)EDA編輯器打開）

  

實物圖（點擊進入嘉立創(chuàng)EDA編輯器打開）