«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).

Ещё немного думаю о том, как реализовать порт Кемпстона в "Ленинграде" и собрать свой джойстик. Ведь контакты должны быть замкнуты с массой и подключаться на размыкание, а размыкающих кнопок у меня нет, только замыкающие. Хотя, есть идея подключить их к массе через резисторы по 680 Ом каждый. Они установят на входах лог.0, что для всех входов с лог.0 соответствует подключённому джойстику, а стандартные замыкающие кнопки подключить между этими входами и +5В, чтобы из лог.0 делать лог.1, при этом не замыкая +5В и массу. Конечно, это всё только в теории... На практике думаю применить микросхемы ЛП8 - они способны выдавать состояние Z, т.е. отключаться, что будет прекрасно имитировать размыкание кнопки, ведь неизвестно, на что программы реагируют при нажатии кнопок на Кемпстон-джойстике - на переход в состояние Z или на установку лог.1?

Мой первый музыкальный трек, записанный при помощи Pro Tracker 3.72 - ZX Forever! Записывая его, я немного вдохновился музыкой Dubmood'a и одной темой из мегадемо The LYRAII:
1.https://yadi.sk/d/5DKc41Hj3a8xjn
2.https://yadi.sk/d/TYJAXJMW3a8zWe
В первой ссылке ZIP-архив с файлом-образом TR-DOS диска, где данная песня сохранена в 4-х специфичных файлах, открыть которые можно, только лишь загрузив Pro Tracker 3.72(П.С. Файл "P", т.е. "Pattern" можете не загружать, правильные паттерны записаны в файле "M"). Во второй ссылке - ZIP архив с записью через линейный вход ПК в форматах WAV и MP3. Короче, я потратил на это всё где-то около трёх недель, но так и не понял, ГДЕ В PRO TRACKER ПЕРЕКЛЮЧАЕТСЯ ГЕНЕРАЦИЯ С СИНУСОЙДЫ НА ПИЛООБРАЗНУЮ?????? Если кто имел с этой программой дело, пожалуйста, ответьте мне. Также моя благодарность Константину Айги за различные советы по доработке моего ZX. Благодаря его помощи я наконец-то стал полноценным членом общества спектрумистов;)

Я пользовался вот этой схемой расширения https://hsto.org/webt/pb/l6/ca/pbl6cabavkknlwvouz7nth8gclk.jpeg
В ней и подключение звукового чипа. Только мой вам совет используйте все таки микросхемы 1533\ALS серии, по крайней мере для D14,D34 и на схеме расширения DD7` это критично.

Константин, помогите пожалуйста советом, как диагностировать плату Л1

На данный момент я безуспешно пытаюсь получить со Спектрума картинку. Теплого лампового ЭЛТ у меня нет, поэтому для вывода изображения c RGB на VGA я использую внешний тюнер AVerMedia AVerTV Box9 и PAL Coder.

У меня не получилось получить сигнал синхры с диода D4, плата вроде стартует. Периодически начинает пищать спикером, как если бы нажимались клавиши.

Подробные фото платы и лог действий у меня в блоге: http://hermitlair.ucoz.com/blog/2018-10-07-1042

Прямая ссылка на фото платы:
http://hermitlair.ucoz.com/_bl/10/01721252.jpg

Очень на Вас надеюсь...

Харусима, у «Ленинграда» без доработок, видеосигнал нестандартный. Нужно приводить его к стандарту иначе никак не выйдет получить картинку ни через PAL-кодер, ни через SCART-разъем.

Эта тема подробно раскрыта тут:
http://zxbyte.ru/leningrad_video_out.htm

Я как-то собирал такой вариант доработки:
http://zxbyte.ru/leningrad_video_out.htm#2

Все заработало с дополнительным конденсатором.

Константин, спасибо. Придется пока покупать ЭЛТ. Вот бы вы сделали видео про такую переделку, чтобы было видно какой элемент куда паять. Я в схемах не умею разбираться, мне без подсказки такую переделку не осуществить.

Вообще, я планирую сделать сюжет о подключении старых ПК к современным мониторам, ТВ и т.п. Эта тема действительно требует отдельного подробного разбора.

Спасибо! будет интересно!

А я вчера купил ЭЛТ, но он тоже нуждается в помощи)

Качество картинки оставляет желать лучшего, но больше меня напрягает низкочастотный шум кинескопа, пульсирование и мигание картинки, и пробегающие по ней всполохи. Вдобавок картинка бледная, словно поддёрнутая дымкой. Глаза ну очень быстро начинают посылать друг-друга нахутор.

Подробный обзор: Монитор Электроника 32 ВТЦ 202
http://hermitlair.ucoz.com/blog/2018-10-09-1043

Харусима, едва ли найдётся сегодня подобный монитор с нормальной трубой. Собственно бледная/мутная картинка обычно и есть свидетельство севшей трубы. Лечится заменой кинескопа. Это очень "веселая" процедура, особенно возня с отклоняющими катушками )

Монитор стал показывать почти идеально для ЭЛТ!
http://hermitlair.ucoz.com/_bl/10/35372579.jpg

Было короткое замыкание синего на синхронизацию, поэтому качество было плохое. Теперь каждый пиксель отчётливо виден. Остаётся только звон из монитора, его бы убрать, и был бы идеал.

Харусима, шум обычно издают катушки индуктивности на плате развёрток.



Насколько я помню, самая шумная та, что над строчным трансформатором. Обычно в подобных случаях дроссели аккуратно заливают парафином или эпоксидной смолой.

Иногда ещё шумит блок питания (самая нижняя плата, горизонтально ориентированная), но, как правило, тише, чем дроссели в блоке разверток.

В редких случаях шуметь могут и другие детали. Например, в одном ATX блоке питания я долго не мог найти источник шума – оказалось "пел" небольшой плоский керамический конденсатор. Проблема решилась его заменой )

Константин, если не затруднит, Вы не могли бы взглянуть на фото плат в моей записи и простите, ткнуть пальцем в возможных виновников оркестра?

Какие-то катушки с проводами шумят. Вот те на. Физически это из-за чего?

А что такое строчный трансформатор и как его узнать?

Да, если постучать по бокам монитора, особо шумный звон прекращается на какое-то время. Я боюсь, что это свидетельствует о плохом контакте, или фиксации какой-либо детали.

В парафин залить - а не растает? Деталь поди греется и токи немалые?

Харусима, шум идёт от физической вибрации катушек индуктивности, находящихся под влиянием импульсов высокой частоты. И действительно, если стукнуть по корпусу монитора, писк может менять частоту или даже вовсе прекращаться на время. Это нормальное явление при такого рода проблемах.

Эти дроссели не особо сильно греются, насколько я помню. И точно помню, что с успехом пропитывал их небольшим количеством бытового смазочного масла, но все-таки так делать не рекомендуется, поскольку растекшееся масло может немало проблем тут создать...

На фото, кстати, видно, что катушки (обведены красным) чем-то уже были пропитаны, просто пропитка видимо подсохла со временем:



А так, народ чем только не пропитывает индуктивности:
https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=26207
https://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=10:53341

P.S. Да, и надо помнить, что после выключения монитора, конденсаторы на плате разверток и в блоке питания ещё некоторое время сохраняют заряд, поэтому даже при отключенном питании не стоит касаться руками деталей и оголенных контактов...

Константин, большое спасибо! Читаю статьи.

Очень любопытно. даже не знаю, какой вариант выбрать. Может действительно выпаять и искупать в ваанночке с парафином? А нельзя просто строительной пеной звукоизолировать? Или залить к чертям клеевым пистолетом? Кстати эта деталь ещё выпускается? может просто заменить на такие же новые?

Знаю про нельзя сразу трогать руками, а если поразряжать лампочкой, то годится? или какой срок ожидания после выключения перед разборкой? Я обычно разберу, и пойду руки помыть, чай поставить, неск минут и проходит.

А если по экрану постучать пальцем, то изображение словно пульсирует, сжимаясь и разжимаясь как желеобразный пудинг. Это из-за них? Или почему так происходит?

По-моему вариант со строительной пеной грубоват ) Про вариант с клеевым пистолетом тоже читал, но такого не пробовал. Не уверен, что тут это подойдет, ведь корпуса у некоторых катушек пластмассовые – могут деформироваться... Также есть сомнения, что замена дросселей на аналогичные новые тут поможет. Пожалуй, вариант с парафином самый простой и доступный.

Я обычно вскрывал подобную технику не ранее чем через пол часа после выключения, затем смотрел мультиметром не остался ли где заряд на конденсаторах, ну и да, можно принудительно разрядить конденсаторы в случае чего.

А пульсация изображения при постукивании – это уже следствие нарушения контакта где-то в разъемах, подстроечных резисторах и т.п.

Игорь, делаем потихоньку )

Сергей, тестовая ПЗУ должна работать и без TR-DOS. Про TR-DOS она даже ничего не "знает" ) И действительно, при использовании 2К ПЗУ, нужно 21 ногу соединять с 24-й, предварительно отогнув их внутрь или наружу, затем этот контакт при помощи проводка выводится на +5В (28 вывод панельки на плате):





Владислав, пока без PAL-кодера или конвертора а-ля GBS8200 никак не обойтись. Правда есть современные клоны, где уже встроено подобное:
http://zxkit.ru/catalog1/konstruktory/retro-kompyutery/speccy/

А про SRAM для «Ленинграда» читайте тут:
https://zx-pk.ru/threads/11117-sram-dlya-leningrad-1.html

Харусима, обмотка на кинескопе - это петля размагничивания. Она активна в течение короткого времени в момент подачи питания, соотв. источником постоянного шума не может являться. Совсем бесшумной «Электронику» едва ли можно сделать, можно лишь уменьшить уровень шумов до относительно приемлемого уровня )

Константин, спасибо. Теперь я знаю, зачем обмотка на кинескопе)
4х слоёв лака хватило. Звон почти полностью пропал.Слышно только ухом к голой плате. Посмотрим, что будет через недели использования.
Касаемо дрожания изображения - без корпуса не дрожит. В корпусе дрожит. Что где может задевать не знаю, если только вы наводку дадите. Но одеть корпус на электронику втц это та ещё морока, не то рама кривая, не то допуски велики - три подстроечных винта цветов сзади находятся не в центре отверстий, а сбоку, что как бы намекает.
Решил пока пренебречь этим. Всё же если не трогать, и кулаком по столу не бить, то не дрожит.

UPD: я ошибся, при снятом корпусе картинка также вибрирует, просто чуть меньше. Постукивал резиновой рукояткой отвертки по плате с RGB выходом - картинка дрожит, по плате на кинескопе - почти не дрожит, по плате с катушками - сильно дрожит. Иногда пока ВТЦ не прогреется, картинка некоторое время "плавает" - ассиметричные геометрические искажения отдельных областей экрана. Интересна природа этих искажений.

И нельзя ли снизить мерцание, увеличить частоту до 60Гц или это в принципе невозможно для данной модели?

Харусима, при закрытой крышке, температура внутри корпуса повышается. Если при этом появляются искажения изображения, то можно предположить, что где-то на плате есть потекшие электролиты (конденсаторы). Даже в современной технике от перегрева электролиты текут, а тут даже никакого эффективного охлаждения нет )

Ну, а мерцание тут никак не снизить...

wexyobit, любая версия TR-DOS подойдёт как для 48К, так и для 128К памяти.

wex, NEMO IDE вещь в сборке несложная:
http://sblive.narod.ru/ZX-Spectrum/NemoIDEforLUT/NemoIDEforLUT.htm
http://www.nedopc.com/NEMOIDE/zaknemoide.php

Рекомендую изучить эту тему по вопросам подключения/использования NEMO IDE:
https://zx-pk.ru/threads/800-nemo-ide-pentagon-48-128.html

Ссылки на основные прошивки есть выше, в статье.

А вообще, прошивок для спектрум-совместимых компьютеров великое множество (большинство можно найти в сети):
https://faqwiki.zxnet.co.uk/wiki/ROM_images
http://www.shadowmagic.org.uk/spectrum/roms.html

Если кому интересно, собрал BDI для своего ленинграда. Так же на МГТФ. Часть схемы от пентагон-128, часть от С-48. Но и тут схему можно было немного упростить.

https://pp.userapi.com/c845418/v845418851/1a734b/2khar-Gx3ws.jpg

работают как и 3,5" таки и 5,25" дисководы

https://pp.userapi.com/c849124/v849124777/128dd6/lnl_1iC9RRs.jpg

https://pp.userapi.com/c846524/v846524538/19e2e3/bWWMb9m8M74.jpg

Не подскажите в чём может быть проблема ленинград выдаёт такую картинку. https://ibb.co/KhFMJWR Напрямую без кодера тоже самое только в ч/б. Скорректировал длину строчного синхроимпульса, сделал привязку к уровню чёрного. Игры грузит читалка по схеме с к561лн2. Но в самих играх помимо звука из бипера слышен постоянно писк. Игры качал тут.
https://zx-pk.ru/threads/19193-igry-s-turbo-zagruzkoj-dlya-quot-leningrad-2012-quot.html