«То, что не удаётся запрограммировать на ассемблере, приходится паять» (http://bash.im/quote/398169)

Когда-то «ZX Spectrum» стал одним из моих первых персональных компьютеров. На нём я постигал азы программирования – от бейсика до ассемблера. И тут уместно будет вспомнить народную мудрость: «То, что не удаётся запрограммировать на ассемблере, приходится паять». Поэтому параллельно я подробно изучал схематехнику компьютера «ZX Spectrum». И так, постепенно, хобби переросло во вполне профессиональную деятельность в составе группы спектрумистов «FFC Computers». Я занимался тогда русификацией игр, дискетированием «ленточных» программ, ремонтом и доработкой Спектрумов (1995-1997 гг.)

За три года профессиональной деятельности в этой сфере через мои руки прошло огромное количество клонов Спектрума. Приносили в ремонт и другие компьютеры, но всё же Спектрумов было подавляющее большинство. И даже однажды мне довелось подключать отечественный контроллер дисковода к фирменному Спектруму 128k (тогда это была большая редкость).

С тех пор у меня сохранилось огромное количество документации к различным клонам Спектрума, сопутствующим устройствам, и к другой компьютерной технике распространенной в то время. Ну и кое-какое железо экзотическое сохранилось )

Начиная с этой публикации, постепенно буду делиться накопленной информацией. Думаю, многое будет полезно поклонникам Спектрума, да и не только )

«Как сделать компьютер? | Building ZX Spectrum 128k clone + Beta Disk Interface + AY-3-8910 (YM2149F)»

Как-то нашел у себя сразу несколько оригинальных плат популярнейшего клона Спектрума – «Ленинград 48k». И тогда я решил непременно собрать эту систему с полным апгрейдом до версии 128k с контроллером дисковода и, разумеется, музыкальным сопроцессором. Весь этот процесс я заснял на видео (смотрите выше) с подробными комментариями. Ниже привожу схемы, по которым работал и подробный план апгрейда.

Принципиальная схема компьютера «Ленинград 48k»

Вариант 1:

Источник: http://sblive.narod.ru/

Вариант 2:

Источник: http://zxbyte.ru/

Вариант 3:

Источник: http://micronc.ru/

Монтажная схема компьютера «Ленинград 48k»

Монтажная схема:

Источник: http://sblive.narod.ru/

Схема на просвет адаптированная для печати:

Источник: http://sblive.narod.ru/

Увеличение памяти компьютера «Ленинград 48k» до 128k

Схема увеличения памяти и коррекции дешифрации портов ввода-вывода
для импортной памяти 41256 DRAM, регенерация в 256 циклов:

Схема увеличения памяти и коррекции дешифрации портов ввода-вывода
для отечественной памяти 565РУ7, регенерация в 512 циклов:

Схема увеличения памяти и коррекции дешифрации портов ввода-вывода
при использовании двух линеек памяти 565РУ5:

Для всех доработок используем 7 дополнительных микросхем:

eD1 - К555(1533)ТМ9 (устанавливается поверх D31)
eD2 - К555(1533)КП11 (устанавливается поверх D30)
eD3 - К555(1533)ЛЕ1 (устанавливается поверх D2)
eD4 - К555(1533)ЛА3 (устанавливается поверх D40)
eD5 - К555(1533)ЛЛ1 (устанавливается поверх D34)
eD6 - К555(1533)ЛИ1 (устанавливается поверх D8)
eD7 - К555(1533)ЛЛ1 (устанавливается поверх D13)

План соединений при апгрейде памяти (41256 DRAM, регенерация в 256 циклов):
01. eD1-1 -> D20-26 (RESET)
02. eD1-2 -> eD2-2
03. eD1-5 -> eD2-11
04. eD1-7 -> eD2-14
05. eD1-15 -> eD3-8
06. eD1-9 -> eD3-10
07. eD1-3 -> D32-12 (D0)
08. eD1-4 -> D32-15 (D1)
09. eD1-6 -> D32-16 (D2)
10. eD1-11 -> D32-19 (D3)
11. eD1-13 -> D32-2 (D4)
12. eD1-14 -> D32-5 (D5)
13. eD1-10 -> D17-13 (2-й экран) – отрезать от земли
14. eD1-12 -> eD7-2 (Выбор ПЗУ 128k)
15. eD7-1 -> D1-10 -> eD7-10 (Выбор TR-DOS инвертированный)
16. D1-11 -> через 10к к +5B
17. D1-11 -> D29-1 (отрезать от +5B)
18. eD7-3 -> D29-27 (отрезать от +5B)
19. eD2-3 -> eD2-13
20. eD2-13 -> eD4-4 -> D10-11 (A14)
21. eD2-10 -> eD4-5 -> eD3-3 -> D10-12 (A15)
22. eD2-15 -> D33-8 (GND)
23. eD2-1 -> eD4-6
24. eD2-4 -> D16-10 (отрезать от A14)
25. eD2-9 -> D16-13 (отрезать от A15)
26. eD2-12 -> eD5-12
27. eD3-1 -> eD4-1
28. eD3-2 -> D41-9 (A1)
29. eD3-4 -> eD4-2
30. eD3-5 -> D14-12 (WR)
31. eD3-6 -> D14-13 (OUTIORQ)
32. eD3-9 -> eD4-3
33. eD5-13 -> D3-2 (H1)
34. eD5-11 -> D21-1...D28-1 (41256 DRAM)
35. eD5-10 -> D10-13
36. eD5-9 -> D9-8 (WE)
37. eD5-8 -> D21-3...D28-3 (41256 DRAM) - отрезать от D9-8

Для соединений я использовал провод МГТФ 0.12. Термостойкая оплетка сохраняет провода в целости при плотном монтаже, а небольшое сечение провода позволяет легко перекидывать соединения со стороны пайки на сторону монтажа деталей через любые свободные отверстия на печатной плате, как показано на фото:

Другие доработки компьютера «Ленинград 48k»

Схема доработок:

1. Стабилизация тактового генератора
2. Нормализация строчной развертки (для кварца частотой 14000 КГц)
3. Стабилизация кадровой развертки
4. Корректировка прорисовки линий (дуги, окружности и т.п.)
5. Установка ПЗУ 27C512
6. Доработка сигнала INT

Схема подключения контроллера XT-клавиатуры Profi:

Схема «читалки» с магнитофона на К554СА3:

Источник: http://service4u.narod.ru/

Этапы сборки, немного фоток

Оригинальная плата «Ленинград 48k» 1988:

«Ленинград 48k» в сборе:

«Ленинград 48k» с контроллером XT-клавиатуры Profi:

«Ленинград 128k» в сборе:

«Ленинград 128k» с контроллером дисковода и музыкальным сопроцессором:

«Ленинград 128k» с контроллером дисковода, музыкальным сопроцессором и дисководами:

Кстати, недавно копаясь в ворохе старого железа и документации, нашел совсем уж экзотическую вещь: настоящий ценник, видимо где-то середины 90-х:

Да, да, контроллер тогда стоил 75 тысяч рублей )) И обратная сторона ценника порадовала не меньше – выяснилось, что он нарисован на куске перфокарты!!! ;)

Да... В этом есть определенный философский подтекст: ценник на контроллер носителя информации нового поколения нарисован на обрывке носителя информации старого поколения... )

Полезные файлы:

1. Имя файла: DIZZY_5r_48k.zip (109K)
   MD5: e55b3dd84cba8895ebcce6b4efbe5607

   Игра «DIZZY 5». Русифицированная версия игры,
   адаптированная мной в 1996 году для спекртрума 48k.
   В архиве игра в трех форматах: TAP, HOBETA, SCL.

   Скачать: http://www.cxemateka.ru/v1/DIZZY_5r_48k.zip

2. Имя файла: wildseyr.zip (68K)
   MD5: 62511c9b12f42794053805e140af3009

   Игра «Сеймур на Диком Западе» (русифицированная мной в 1996 году).
   В архиве игра в формате SCL.

   Скачать: http://www.cxemateka.ru/v1/wildseyr.zip

3. Имя файла: test48k.bin (2,0K)
   MD5: 4bf68803c17aa614b7fbfa939549eaec
   Контрольная сумма прошивки: 85E7

   Тестовая прошивка 48k (модифицированная версия -
   убрал нудную процедуру заполнения экрана, ненужную проверку ПЗУ).

   Скачать: http://www.cxemateka.ru/v1/test48k.bin

4. Имя файла: test128k.bin (2,0K)
   MD5: 5247c2d7d5c77d270d98d6c0080493da
   Контрольная сумма прошивки: E413

   Тестовая прошивка 128k.

   Скачать: http://www.cxemateka.ru/v1/test128k.bin

5. Имя файла: sos48k_only.bin (16K)
   MD5: 4c42a2f075212361c3117015b107ff68
   Контрольная сумма прошивки: 1F64

   Стандартная операционная система
   для «ZX Spectrum» 48k (1982 Sinclair Research Ltd).

   Скачать: http://www.cxemateka.ru/v1/sos48k_only.bin

6. Имя файла: 27512.bin (64K)
   MD5: 77cec243abe304ba3603b63b88709cae
   Контрольная сумма прошивки: 9135

   Комбинированная прошивка для ПЗУ 27512:

   Банк 0 - Пусто.

   Банк 1 - TR-DOS Version 5.5H Copyright (C) 1993 by Rst7.
   MD5: de4131214186667b9fb4022343d34444
   Контрольная сумма: 3F81

   Банк 2 - SOS 128k (Стандартная ОС для «ZX Spectrum» 128k).
   MD5: 97da465c399ff70b907dfd8291e8f9d3
   Контрольная сумма: 266E

   Банк 3 - SOS 48k (Стандартная ОС для «ZX Spectrum» 48k).
   MD5: 6e09e5d3c4aef166601669feaaadc01c
   Контрольная сумма: 2C86

   Скачать: http://www.cxemateka.ru/v1/27512.bin

Где взять детали для сборки?

Сначала надо заказать печатную плату в любой специализирующейся на этом деле конторе. Набор файлов gerber & excellon для изготовления платы: http://www.cxemateka.ru/v1/Leningrad48k.rar (Источник: http://sblive.narod.ru/).

Всё остальное можно найти в продаже. Если не найдутся отечественные детали, всегда можно найти зарубежные аналоги.

ТТЛ-логика, предпочтительнее 1533 (аналог 74ALS) или 555 (аналог 74LS):
1533ЛН1 (74ALS04) - 2 шт.
1533ТМ2 (74ALS74) - 3 шт.
1533ТМ9 (74ALS174) - 1 шт.
1533ИЕ7 (74ALS193) - 4 шт.
1533ЛЕ1 (74ALS02) - 1 шт.
1533ЛП5 (74ALS86) - 1 шт.
1533ЛА3 (74ALS00) - 1 шт.
1533ЛИ1 (74ALS08) - 1 шт.
1533ЛЛ1 (74ALS32) - 1 шт.
1533КП11 (74ALS257) - 8 шт.
1533КП13 (74ALS298) - 2 шт.
1533ИР22 (74ALS373) - 1 шт.
1533ИР9 (74ALS165) - 1 шт.
1533ИР16 (74ALS295) - 1 шт.
1533ЛА4 (74ALS10)- 1 шт.

КМОП:
561ИЕ10 (4520) – 1 шт.

Процессор:
Z80 – 1 шт.

Постоянная память:
EPROM 27C64 - 2 шт. или одна EPROM 27C128 (для версии 48k)

Оперативная память:
565РУ5 - 8 шт. или 565РУ7 - 8 шт. (первые выводы РУ7 нужно будет соединить между собой и заземлить /для версии 48k/)

Вместо 565РУ7 можно ставить зарубежные аналоги: 41256/41257 DRAM, MB81256/MB81257 DRAM.

Кроме того, в Спектрум можно ставить динамическую память большего объема и соотв. потребуется меньшее кол-во микросхем. Как это делается, расскажу в следующем материале.

Узел чтения с магнитофона рекомендуется собирать по приведенной выше схеме на К554СА3 (зарубежный аналог IL311ANM).

Приветствую. Вот уже что-то работает:

Это был вариант без ЦП и ОЗУ. А вот вариант с ЦП:
А вот так он работает с ЦП и ОЗУ, несмотря на то, что блок питания на 5 вольт у меня выдаёт приблизительно 6 ампер-это 30 Вт:
Подумываю над тем, чтобы взять питание с компьютерного блока, через один из molex-разьемов. И ещё-нет вертикальных полос на матрасе при работе только с ЦП.

И ещё вопрос по ПЗУ на 27256-куда подключить выход A14?

Спасибо за ссылку, надо будет собрать такой тестер, а то у меня на мультике какой-то тупой и не удобный. А тут и без осциллографа можно сигнал смотреть. Микросхему перепаял, теперь кадровый синхроимпульс появился. Только это не помогло, почти ничего не изменилось =_=" видимо что-то ещё. Начал дальше копать обнаружил что на WAIT единица постоянно, там же вроде как должны быть импульсы. И сигнала WE нету... Неужели опять микруха причём такая же ТМ2.

Александр, питание можно взять и с molex-разъема, только надо полярность 7-мь раз проверить, чтобы плату не пожечь )

В ПЗУ на 27256 лучше сразу прошить в нижнюю часть (#0000-#3FFF) бейсик 128K (SOS128) и в верхнюю часть (#4000-#7FFF) бейсик 48к (SOS48). Тогда в режиме Спектрума 48k вывод 27 ПЗУ (A14) нужно будет оставить заведенным на +5В, а в последствии при апгрейде памяти на этот вывод нужно будет подать сигнал выбора SOS128 со схемы расширения.

Toboe, сигнал WAIT формируется только, когда процессор выполняет код из оперативной памяти. При отсутствии ПЗУ или при выполнении кода из ПЗУ сигнал WAIT не активен. А WE будет активен при отсутствии ПЗУ, только если процессор нормально работает и шина данных стабильна. Т.е. если WE нет, возможно, процессор не запускается или виснет.

Алексей, тут я использовал уже готовую плату музыкального сопроцессора. Скоро опубликую следующий материал, к нему я приложу вариант схемы "музыкалки".

Здравствуйте!
Подскажите пожалуйста, при собирке ZX-NEXT возникла проблема - не проходит тест памяти
http://www.cxemateka.ru/img/?openimg=photo.jpg
хотя те же микросхемы на Ленинграде проходят тест на ура. В какую сторону копать?...

Можно как-нибудь однозначно проверить работоспособность процессора? У меня про нажатии на reset на выходе RD появляются импульсы причём не всегда, но с большой вероятностью. Соответственно этот сигнал попадает на линию выбора ПЗУ. В общем да проц зависает на самом старте. При этом все сигналы на линиях независящих от процессора, ну то есть там где формируется частотная сетка, я проверил, всё вроде норм. Может это быть проблема именно с самим процессором или всё же память. Когда запускаешь без памяти практически ничего не меняется. За исключением того что импульсы на RD появляются всегда после нажатия reset.

Dmitriy, первым делом питание надо бы проверить, возможно, просто не хватает мощности для запуска этой платы. Интересно было бы еще увидеть, как выглядит картинка на мониторе при отсутствии ПЗУ...

Toboe, проще всего проверять работоспособность процессора, запуская систему без ПЗУ. Если шина данных стабильна, процессор по циклу будет выполнять команду RST #38, а на адресной шине процессора будет цикличный перебор адресов, хорошо различимый осциллографом. И еще один момент, процессор не должен быть КМОП. В маркировке таких процессоров есть буква "C", например, Z84C00. С таким проблемы могут быть на плате со стандартной ТТЛ-логикой.

Питание с лабораторного блока на 5 ампер. На всех микросхемах ровно 5 вольт, потребление платы 780ма. Пробовал добавить вольтажа - становится только хуже. Без ПЗУ идеальный "матрас". Уже всю плату осциллографом затыкал, так ничего аномального и не углядел...
С системным ПЗУ стартует, 1982 Sinclair Researsh ltd присутствует на своём законном месте, ну и артефакты в виде горизонтальных полосок в рандомных местах... Очень похоже на нерабочее ОЗУ, но переставляю его в Ленинград - там всё отлично...

И ещё момент если ставлю ру5г, то всё как описано выше. А если ру5в то надписей практически не видно, всё в артефактах. ру5в тоже оттестировано на Ленинграде.

Dmitriy, вполне возможно просто не хватает блокировочных конденсаторов на плате. Если это так, то будет видна небольшая "пила" на шине питания +5В на некоторых участках платы (при просмотре осциллографом).

И ещё, микросхемы РУ5 довольно капризны, в ZX-NEXT лучше использовать две линейки РУ7, а ещё лучше западные их аналоги - 41256/41257 DRAM или MB81256/MB81257 DRAM.

Тоже думал про блокировочные, но осциллограф убеждает что по питанию всё ровно.

Заказал два десятка 41256, надеюсь на них нормально заведётся :)

Эта плата у меня с 1995 года пылилась в шкафу, тогда я даже блок видеопроцессора запустить не смог :( И если бы не ваше видео - то вообще забыл бы про неё ))
А сейчас, с осциллографом за 10 минут вычислил полудохлую лп5, после её замены вместо ожидаемого "матраса" получил "шахматную доску" и опять осциллограф в помощь - нашел дохлую кп11.

Ещё один шаг мне остался до конца! Подробности-на видео:
https://www.youtube.com/watch?v=I1U09rhedsc&feature=youtu.be

И ещё - на видео вы ставили некие перемычки под версию 48к - на микросхеме d17 одну, затем на микросхеме d16 две, затем непонятно-одну или две- на микросхеме d9 или между d9 и d8. Для чего они нужны?

У меня обычный процессор, без буквы С.
https://s8.hostingkartinok.com/uploads/images/2017/03/8212e8098d0cedd31cc7481cfe04423f.jpg

Есть идея провеить проц собрав простую схемку: выводы NMI, INT, BUSR, RESET и порт D подтянуть к плюсу через резисторы,на CLC подать тактовый сигнал и посмотреть что там на порте A, по идее должен быть перебор. Я правильно понял, что при 1 на шине данных проц выполняет команду RST #38.

Александр, на изображении атрибуты четко просматриваются, что не скажешь о пикселях. Я бы посоветовал временно отключить конденсатор в 510 пФ на ИР9. Его стоит подбирать, когда уже всё заработает, чтобы прорисовка дуг и окружностей была четкой.

А так всё выглядит неплохо, только процессор почему-то не запускается. Картинка на экране будет точно такой же и без процессора. Чтобы процессор заработал, как минимум должна быть частота 3,5 МГц на 6 ноге, RESET должен быть в четкой единице (когда кнопка не нажата) и шина данных должна быть стабильна - на всех восьми выводах (D0-D7) должна быть единица, когда процессор отсутствует или нажата кнопка RESET.

Toboe, тогда ещё WAIT надо к плюсу подтянуть. Да, при единице на всех разрядах шины данных процессор будет по циклу выполнять код #FF, т.е. RST #38.

Запустил таки ZX-NEXT на ру5, заменил 555кп11 на 1533кп11 и всё заработало как надо :)
Теперь осталось контроллеры собрать )

Dmitriy, наверняка какой-то из этих мультиплексоров был всё-таки неисправен )

Александр, а что по поводу тех перемычек, то я там делал временные соединения в местах оставленных для доработки памяти. Просто во время пайки версии «Ленинграда» 48k я некоторые контакты микросхем не впаивал в плату, а просто загнул их внутрь – это чтобы не резать дорожки потом при апгрейде до 128k.

GoodBoy, мы с Алексеем с конца девяностых не общались – он на Амигу перешел, я на PC ) Если вдруг найду актуальные контакты, на счет дисков спрошу, самому интересно )

Всем Привет! Константин, подскажите, будет ли видна картинка при подключении R G B SYNC с платы Ленинграда48К к ПАЛ декодеру ( от nedopc ). На экране, отображается синий экран, как будто нет сигнала, но изредка врубается просто темный экран и все).

подскажите что это за клон спека?нужна схема.

GoodBoy, я Алексея последний раз именно на царицынском радиорынке и видел, году эдак в 99-м. У меня есть контакты кое-кого из FFC, как-нибудь пообщаюсь, может у кого и актуальные контакты Алексея есть.

Роман, нужно видеосигнал «Ленинграда» приводить к стандарту. Во-первых, частота строк должна быть близка к 15,625 КГц, об этом тут:
http://www.cxemateka.ru/ru/building_zx_spectrum_128k_clone_beta_disk_interface_ay_3_8910_ym2149f/p95

Во-вторых, возможно придется ввести привязку к уровню черного. Как привязку ввести, подробно рассказано тут:
http://zxbyte.ru/leningrad_video_out.htm

Александр. Ух ты! Интересная плата ) Что это не знаю, но можно попробовать считать, что там в ПЗУ записано. На некоторых клонах были свои оригинальные прошивки, возможно в ней и будет ответ на вопрос "что это?" )

К сожалению не на чем прочитать пзу !?
еще буду оживлять компаньона

еще есть такая плата,что если из нее вырезать память, там на ру6 ,и подпаять проводами,так сказать для увеличения памяти,может получится?

Всё пропало((( Кадровый генератор накрылся. Я уже всё менял - и счётчик D6, и триггер D8, и входные микросхемы D12 и D13, и выходные D40 и D11 - ничего не работает((( На 8 ноге триггера D8 я обнаружил вместо импульсов низкий уровень сигнала. Через тестер звонится на массу с сопротивлением где-то 40 Ом. Странный ещё эффект при этом - звонится при включённом компе, т.е. если выключить питание, то сопротивление снова становится нормальным, что говорит о том, что триггер рабочий и проблема со входами. Но на входах я всё поменял и где эта проблема, я знать не знаю(((

Александр. На 13 и 1 выводах D8 лог. "1" присутствует? Что с сигналом /БС (/BS 5 вывод D8)? На 12 выводах счетчиков D3, D4 и 6 выводе триггера D2 импульсы есть?

На 13 и 1 "единица" есть, сигнал БС идёт, где-то в районе 15,5-15,6 кГц. А вот на 12 выводах вместо импульсов постоянное напряжение 4,2 вольта. На 6 ноге триггера D2 - напряжение 1,6 вольт. И тоже импульсов нет.

Чем частоту мерили? На D2 7 МГц должно быть. На 12 выводах импульсы будут кратковременные, при условии работоспособности задающей тактовой цепочки.

Проверьте заодно и счётчики D5 и D6 на выводах 3,2,6,7.

На выводах 3,2,6,7 нет ничего. А про частоту 7 МГц я первый раз слышу. Да и у меня проверить такую высокую частоту пока нечем. Уже вторую неделю жду частотомер на 50 МГц с Али.

Проверяем живы ли счётчики D5, D6. На 5 выводе D5 должен быть сигнал БС 15,6 кГц. На 11 выводе лог. "1". На 4 выводе "висящая" лог. "1". И само собой питание на 8 и 16 выводах.

Всё есть. На 5 вывод подаётся сигнал БС, на 11 выводе есть логическая единица напряжением 4,2 вольта, на 4 выводе есть тоже напряжение, которое колеблется в районе от 2,3 до 2,5 вольт. Питание присутствует.

В таком случае счётчик D5 не рабочий. При наличии всех перечисленных сигналов на его выводах на выходах 3,2,6,7 должны быть импульсы. Можно подтянуть через резистор на 4 вывод +5В и если ничего не изменится, то счётчик однозначно под замену.

На 14 выводе 0?

Нет.

Должен быть 0 проверяйте, почему нет контакта с GND.

Запаяю напрямую через провод, если нет контакта!
Проверять не стоит, плата уж больно "убитая"))

Ну и дела... Только что проверил, оказывается, что не только на 14 нет массы, но и на 15 и даже на 10 выводах, т.е. масса вообще не подаётся на нужные входы микросхемы, несмотря на то, что на 8 выводе она есть.

Один вопрос - КАК ЭТО НАЗЫВАЕТСЯ???!!!!