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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、數碼管、掃描鍵盤、LCD1602 、SN76489音頻發生器。

下文主要分享——CPU發展背景、設計特點、電路設計圖、開源資料說明。





本次使用的INTEL 8080 CPU，發展背景是怎樣的？一起看看！

01、1971年英特爾發布了著名的4004 CPU。

02、1972年英特爾發布了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，尋址能力16KB。它被認為是現代x86架構的起源。

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，一次可以轉移或者向數據棧操作16位二進制數。它的指針棧和數據棧全部轉移到外部的RAM里，棧基地址由SP寄存器尋址。發展到8086之后變成了數據、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（供內部動態邏輯部分使用）

引腳排列如下圖：

  

一般CPU都有三大總線：地址總線、控制總線、數據總線。

8080也不例外。

但就如同8085的地址、數據線復用，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：它是數據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門，完成控制總線的復用，以及數據總線的驅動。

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，控制總線和數據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時鐘信號發生器、8228總線驅動器等芯片，完成了8080 CPU最小系統和單板機的構建。

在256 byte的IO尋址空間內，分配了掃描顯示數碼管，LCD1602，MC6850通用異步串行數據收發器（UART），SN76489音頻發生器等。

  

PCB圖（點擊進入嘉立創EDA編輯器打開）

  

實物圖（點擊進入嘉立創EDA編輯器打開）