第三十四章:成功的做出了最小系統
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，蔚秀園的院子裡，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。
回到屋裡時，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。」
吃完飯，他穿上最厚的棉襖，圍上林曉芸織的圍巾，戴上棉手套，推著自行車出門。
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，乾脆走著去了。
到研究室時，趙建國已經在了。小伙子裹著軍大衣，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、晶片、阻容元件，還有新烙鐵！」
工作檯上攤著各種工具：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裡帶來的，有些是他父親的，有些是他自己攢錢買的。
「開始吧。」謝建軍說著脫下外套，捲起袖子。
第一件事是布局。他們在萬能板上畫出主要晶片的位置，Z80在中間，左邊是地址鎖存器（74LS373），右邊是數據總線緩衝器（74LS245），上面是解碼器（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，上電復位和手動復位都要有。」
「明白！」
布局花了兩個小時。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。
這是硬體設計的基本功——布局決定成敗。
中午，雪停了。謝建軍買菜回家吃飯。
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，連接到每個晶片的位置。
動作熟練，焊點飽滿圓潤，像機器焊出來的一樣。
「好手藝。」謝建軍忍不住讚嘆道。
「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，開始焊晶片插座。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。
謝建軍也沒閒著。他按照電路圖，用細導線連接各個晶片的引腳。
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。
研究室里很安靜，只有烙鐵的滋滋聲，和兩人偶爾的交流。
「A8線接這裡？」
「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，但屋裡暖意融融。
爐子上坐著水壺，冒著熱氣。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，密密麻麻地布滿了晶片、電阻、電容和導線，像一幅抽象畫。
中間是Z80，周圍是各種邏輯晶片，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。
硬體調試，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。
然後檢查每個晶片的電源和地是否接對。
最後，順著電路圖，一根線一根線地核對。
「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，測各個晶片的電源引腳：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。」趙建國匯報導。
「好，下一步，動態調試。」謝建軍從包里拿出一片EPROM說道：「這是我昨晚寫的監控程序，只有256位元組，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，物理系有。
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。
這意味著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！」趙建國揮舞著拳頭說道：「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！」趙建國看著那塊板子，像看著自己的孩子：「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。
謝建軍看了看表，晚上七點了。
「今天到此為止。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，鎖進柜子。
收拾工具，打掃衛生。做完這一切，已經八點了。
「我請你吃飯。」謝建軍說道，「慶祝一下。」
「不用不用……」
「走吧，食堂應該還有飯。」
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，蔚秀園的院子裡，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。
回到屋裡時，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。」
吃完飯，他穿上最厚的棉襖，圍上林曉芸織的圍巾，戴上棉手套，推著自行車出門。
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，乾脆走著去了。
到研究室時，趙建國已經在了。小伙子裹著軍大衣，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、晶片、阻容元件，還有新烙鐵！」
工作檯上攤著各種工具：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裡帶來的，有些是他父親的，有些是他自己攢錢買的。
「開始吧。」謝建軍說著脫下外套，捲起袖子。
第一件事是布局。他們在萬能板上畫出主要晶片的位置，Z80在中間，左邊是地址鎖存器（74LS373），右邊是數據總線緩衝器（74LS245），上面是解碼器（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，上電復位和手動復位都要有。」
「明白！」
布局花了兩個小時。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。
這是硬體設計的基本功——布局決定成敗。
中午，雪停了。謝建軍買菜回家吃飯。
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，連接到每個晶片的位置。
動作熟練，焊點飽滿圓潤，像機器焊出來的一樣。
「好手藝。」謝建軍忍不住讚嘆道。
「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，開始焊晶片插座。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。
謝建軍也沒閒著。他按照電路圖，用細導線連接各個晶片的引腳。
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。
研究室里很安靜，只有烙鐵的滋滋聲，和兩人偶爾的交流。
「A8線接這裡？」
「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，但屋裡暖意融融。
爐子上坐著水壺，冒著熱氣。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，密密麻麻地布滿了晶片、電阻、電容和導線，像一幅抽象畫。
中間是Z80，周圍是各種邏輯晶片，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。
硬體調試，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。
然後檢查每個晶片的電源和地是否接對。
最後，順著電路圖，一根線一根線地核對。
「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，測各個晶片的電源引腳：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。」趙建國匯報導。
「好，下一步，動態調試。」謝建軍從包里拿出一片EPROM說道：「這是我昨晚寫的監控程序，只有256位元組，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，物理系有。
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。
這意味著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！」趙建國揮舞著拳頭說道：「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！」趙建國看著那塊板子，像看著自己的孩子：「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。
謝建軍看了看表，晚上七點了。
「今天到此為止。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，鎖進柜子。
收拾工具，打掃衛生。做完這一切，已經八點了。
「我請你吃飯。」謝建軍說道，「慶祝一下。」
「不用不用……」
「走吧，食堂應該還有飯。」