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第三十四章:成功的做出了最小系統

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臘月二十三,北方小年。

京城下起了入冬以來最大的一場雪。

雪花紛紛揚揚,一夜之間就給整個城市,蓋上了厚厚的白毯。

清晨推開門,蔚秀園的院子裏,積雪沒過了腳踝。

謝建軍剷出一條小路,又把屋頂的積雪清理了,免得壓壞瓦片。

回到屋裏時,林曉芸已經做好了早飯,小米粥,饅頭,還有一小碟醬豆腐。

“今天還去研究室?”林曉芸問道。

“去,趙建國應該已經到了。”謝建軍喝了口熱粥說道:“昨天我們把最小系統的電路圖定稿了,今天開始焊接。”

“天這麼冷……”

“研究室有暖氣,不冷。”謝建軍看看窗外說道:“就是路不好走。你別出門了,菜我中午帶回來。”

喫完飯,他穿上最厚的棉襖,圍上林曉芸織的圍巾,戴上棉手套,推着自行車出門。

雪還在下,自行車根本騎不了,謝建軍想了想,又把自行車給推回家,乾脆走着去了。

到研究室時,趙建國已經在了。小夥子裹着軍大衣,正用萬用表檢查剛送來的元器件。

“謝哥,你來了!”趙建國很興奮的說道:“東西都齊了!你看,萬能板、芯片、阻容元件,還有新烙鐵!”

工作臺上攤着各種工具:30瓦內熱式電烙鐵,松香,焊錫絲,吸錫器,尖嘴鉗,斜口鉗,鑷子……。

這些都是趙建國從家裏帶來的,有些是他父親的,有些是他自己攢錢買的。

“開始吧。”謝建軍說着脫下外套,捲起袖子。

第一件事是佈局。他們在萬能板上畫出主要芯片的位置,Z80在中間,左邊是地址鎖存器(74LS373),右邊是數據總線緩衝器(74LS245),上面是譯碼器(74LS138),下面是時鐘電路和復位電路。

“晶振用6MHz的,行嗎?”趙建國問道。

“行,Z80最高支持4MHz,6MHz有點超,但應該能工作。”謝建軍用鉛筆在板上做標記。

“復位電路要可靠,上電覆位和手動復位都要有。”

“明白!”

佈局花了兩個小時。兩人反覆推敲,不斷調整,既要考慮信號流向,又要考慮走線方便。

這是硬件設計的基本功——佈局決定成敗。

中午,雪停了。謝建軍買菜回家喫飯。

下午開始焊接,這是趙建國的主場。

他拿起烙鐵,沾了點松香,焊錫在烙鐵頭上熔成銀亮的小球。

“我先焊電源和地線。”趙建國說道。

電源和地線是電路的基礎。趙建國在板的四角焊上電源插針,然後用粗導線把電源和地線,連接到每個芯片的位置。

動作熟練,焊點飽滿圓潤,像機器焊出來的一樣。

“好手藝。”謝建軍忍不住讚歎道。

“練的。”趙建國不好意思地笑笑道:“以前焊收音機,焊壞了要賠零件,不敢不仔細。”

焊完電源,開始焊芯片插座。這是細緻活,四十腳的Z80插座,要保證每個引腳都焊牢,又不能短路。

趙建國屏住呼吸,一個一個地焊。

謝建軍也沒閒着。他按照電路圖,用細導線連接各個芯片的引腳。

這是最繁瑣的部分,一根線接錯了,整個系統就可能不工作。

他每接一根線,就在電路圖上做個標記,確保萬無一失。

研究室裏很安靜,只有烙鐵的滋滋聲,和兩人偶爾的交流。

“A8線接這裏?”

“對,接74LS138的A輸入端。”

“這個上拉電阻是10K吧?”

“是,接在數據總線上。”

窗外的雪又下起來,但屋裏暖意融融。

爐子上坐着水壺,冒着熱氣。張明偶爾過來看一眼,又回去忙自己的活。

天黑時,最小系統的焊接完成了。

一塊綠色的萬能板上,密密麻麻地佈滿了芯片、電阻、電容和導線,像一幅抽象畫。

中間是Z80,周圍是各種邏輯芯片,晶振像個小銀柱,立在角落。

“能行嗎?”趙建國有些忐忑的問道。

“試試才知道。”謝建軍也很緊張。

硬件調試,第一次上電是最揪心的時刻——可能成功,可能冒煙,可能什麼都沒發生。

他們先做靜態檢查。用萬用表測每個電源引腳對地電阻,確保沒有短路。

然後檢查每個芯片的電源和地是否接對。

最後,順着電路圖,一根線一根線地覈對。

“都對了。”趙建國放下萬用表。

“上電。”謝建軍深吸一口氣說道。

趙建國接上穩壓電源,這是從物理系借的,可調輸出電壓。

他先調到4.5V(低於標準的5V),這樣即使有問題,損失也小。

插上電源線。

按下開關。

電源指示燈亮了。

沒有冒煙,沒有異味。

兩人對視一眼,鬆了口氣。至少,沒炸。

“測一下各點電壓。”謝建軍說道。

趙建國用萬用表,測各個芯片的電源引腳:4.5V,正常。測晶振兩端:有振盪波形,正常。

測復位引腳:高電平,正常。

“靜態正常。”趙建國彙報道。

“好,下一步,動態調試。”謝建軍從包裏拿出一片EPROM說道:“這是我昨晚寫的監控程序,只有256字節,最簡單的,讓地址總線循環計數,這樣我們可以用示波器看波形,判斷CPU是否在工作。”

“你會寫機器碼?”趙建國震驚的說道。

“嗯,手編的。”謝建軍把EPROM插進燒錄器,這也是借的,物理繫有。

他把程序燒進去,然後小心地插到板子的ROM插座上。

重新上電。

接上示波器。探頭點在地址總線的最低位上。

如果CPU工作,這個引腳應該會有方波信號。

按下復位鍵。

示波器的屏幕亮起來。一條綠色的掃描線,然後……跳動了!

雖然波形有些毛刺,但確實在跳,頻率大約是晶振的六分之一。

“工作了!”趙建國激動地喊道。

謝建軍也長舒一口氣。最小系統,點亮了。

這意味着Z80能跑,時鐘正常,復位正常,總線正常。

雖然這離真正的計算機還差得遠,沒有內存,沒有I/O,沒有顯示器,但這是從零到一的一步。

就像嬰兒的第一聲啼哭,證明生命開始了。

“再看看其他信號。”謝建軍移動示波器探頭,檢查地址總線、數據總線、控制信號。

波形都正常,雖然有些時序上的小問題,但都在可接受範圍內。

“成功了!”趙建國揮舞着拳頭說道:“我們做出了最小系統!”

“只是第一步。”謝建軍也很高興,但很清醒的說道:“接下來要加內存,加I/O,寫真正的監控程序。路還長。”

“那也值了!”趙建國看着那塊板子,像看着自己的孩子:“這是咱們自己做出來的!”

窗外的雪不知什麼時候停了。夜幕降臨,研究室的燈光透過窗戶,在雪地上投出溫暖的光暈。

謝建軍看了看錶,晚上七點了。

“今天到此爲止。收拾一下,明天繼續。”

“好!”

兩人小心地斷開電源,把板子用防靜電袋包好,鎖進櫃子。

收拾工具,打掃衛生。做完這一切,已經八點了。

“我請你喫飯。”謝建軍說道,“慶祝一下。”

“不用不用……”

“走吧,食堂應該還有飯。”

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