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nichicon 2021年02月19日作成 (2021年12月07日更新)
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4bitの自作CPU

4bitの自作CPU

ロジックICで4bitのCPUを自作しました。
LEDを点滅させるなど簡単な動作ができます。
機械語の勉強になり、ロジックICの動作も理解できるようになります。作るのは大変ですが、その分達成感も大きいのでぜひ挑戦してみてください。

材料

・74HC161 x4
・74HC153 x2
・74LS283 x1
・74HC74 x1
・74HC32 x1
・74HC00 x1
・74HC08 x1
・コンデンサー0.1uF x11
・抵抗1kΩ x14
・LED x4
・8ピンのDIPスイッチ x1

74LS283はaitendoで、それ以外の部品は秋月電子で購入できます。

回路図

CPUは大きいので2つに分けて載せておきます。
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クロック用発振回路
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リセット信号回路
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プログラムメモリ
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作り方

大きいユニバーサル基板に自分で配線するか
PCBを発注して作ってください。
回路の規模が大きいので配線ミスなどに注意
して製作してください。
CPUにクロック回路とリセット回路、プログラムメモリを接続したら完成です。

CPUの命令表

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使い方

命令表を参考にしてプログラムメモリにプログラムを書き込んで動かします。

プログラムの例(Lチカ)

0xB3 //0x03を出力
0xB6 //0x06を出力
0xBC //0x0Cを出力
0xB8 //0x08を出力
0xB8 //0x08を出力
0xBC //0x0Cを出力
0xB6 //0x06を出力
0xB3 //0x03を出力
0xB1 //0x01を出力
0xF0 //0番地へ移動

実際に動かした様子
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独学で電子工作とプログラミングをしている大学生です。PICやArduino、ESPなどを使っています。Twitter(@_electro_master)もやってます。作る際は自己責任でお願いします。
  • nichicon さんが 2021/02/19 に 編集 をしました。 (メッセージ: 初版)
  • nichicon さんが 2021/02/20 に 編集 をしました。
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  • Opening
    je8vgnのアイコン画像 je8vgn 2021/09/18

    遅ればせながら、受賞おめでとうございます!
    教育用としても最適ですね。

    nichiconのアイコン画像 nichicon 2021/09/27

    ありがとうございます。
    基板の設計や発注などもあり、かなり頑張って作ったので受賞できて嬉しいです!
    確かにロジック回路の勉強になるので教育用にも使えるかもしれませんね。

    1 件の返信が折りたたまれています
  • nichicon さんが 2021/12/07 に 編集 をしました。
  • Opening
    noaaのアイコン画像 noaa 2022/09/21

    素晴らしい!!!
    77歳の老人で、Intel4040を連想します。
    若いころ、ICメーカーでTTLのマスクパターンを描いていました。
    今どき、ICのパターン設計を手でやるなんて考えられませんが・・

    4BitCPU。当時ならこのくらいの配線は手配線で作ったのですが、今はちょっと手が出ません。

    8080からZ80、さらに6800を使ってきましたが、現役を遠く離れて今はArduinoやラズパイで遊んでいます。
    これからも面白いものを作ってください。

    nichiconのアイコン画像 nichicon 2022/09/24

    応援のコメントありがとうございます。
    74181というALUを入手できたので今後はそれを使ってCPUを作ってみたいと思っています。

    1 件の返信が折りたたまれています
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