«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).

Demo_Resident, все земляные выводы скарта, как правило, соединены между собой со стороны телевизора, соотв. можно использовать любой из этих выводов: 4, 5, 9, 13, 14, 17, 18, 21. Для верности можно и прозвонить их, предварительно выключив телик из розетки.

lz1tka, судя по всему, на плате установлен процессор Mostek. Нужно убедиться, что установленный чип поддерживает частоту 3,5 МГц:
https://www.cpu-world.com/CPUs/Z80/MANUF-Mostek.html

Ну и причиной проблем может быть и блок питания. БП должен выдавать достаточную мощность и желательно, чтобы на всех участках платы напряжение было не ниже 5.0 вольт.

Добрый день. Подскажите по схеме расширения Ленинграда-1 до 256 кБ

https://hsto.org/webt/bp/oh/wi/bpohwivj_i1rpkid_ufynzewxwm.png

По схеме не понятно как соединить выводы 10,11,12,13 у КП12 (DD6). Их надо между собой соединить и к 15DD2? или только вывод 10DD6 соединить с 15DD2?

Eugene, очевидно тут входы мультиплексора 10,11,12,13 соединяются между собой и заводятся на вывод 15 DD2.

Константин, спасибо за ответ!
Плату расширения на 256 кБ развел так:

https://disk.yandex.ru/i/HxQ7uHn6eIJzVA

Там же разместил доработки Ленинграда для правильной работы схемы расширения.

Информация для тех кто будет делать модернизацию Ленинграда-1 по схеме расширения ОЗУ до 256кБ:
https://hsto.org/webt/bp/oh/wi/bpohwivj_i1rpkid_ufynzewxwm.png
сигнал А1 (на вход DD1.5) не требует инверсии.

Приветствую, друзья!

Подскажите пожалуйста, в какую сторону копать. Ленинград 1 выдает такую картинку https://i116.fastpic.org/big/2021/1117/51/fbb1e39e5399aa86007d17a7d56de051.jpg

P.S. Константин, огромное спасибо за отличный сайт с такой полезной информацией!

Serj, похоже, что-то подмешивается к синему каналу при отображении пикселя (INK). Надо проверить, нет ли замыкания с чем-то посторонним на выходе D30-15, входе D36-3.

Константин, спасибо огромное за совет! Заменил КП11 на КП16 все стало с цветом нормально. Но такое впечатление, что не прорисованы все пиксели букв. Когда курсор с заливкой все нормально, а строки выглядят так как будто вертикальные белые полосы.

Все решилось, совсем забыл про схему сопряжение со SCART. Собрал, все стало норм. А так были тонкие буквы с непрорисованными пикселями.

NOP, да, логику 555,1533 комбинировать можно. И, кстати, даже со 155-й серией. Но стоит помнить, что у серии 1533 значительно ниже энергопотребление, чем у предыдущих серий ТТЛ. Поэтому, для стабильной работы устройства со смешанной логикой, рекомендуется использовать БП помощнее. И не стоит жалеть блокировочных конденсаторов при сборке.

Доброго времени!
При подключении контроллера дисковода столкнулся с такой проблемой на экране такое изображение



Компьютер первый ленинград с апгрейдом до 128кб и ПЗУ 27с512. Прошивка с этого сайта.

Serj, очевидно допущена ошибка при подключении контроллера. Такая картинка характерна для запуска системы без процессора. Выходит, что-то блокирует старт процессора. Надо проверить сигнал RESET, адресную шину и шину данных. Контроллер на этапе начальной наладки стоит подключать без ВГ93 и, разумеется, без собственного ПЗУ, если используется комбинированная прошивка 27C512.

Также стоит помнить, что подключение дополнительной периферии увеличивает энергопотребление, соотв. БП должен быть достаточно мощный (на 2 ампера и выше).

Здравствуйте, Константин!
С наступающим Новым Годом!
Огромное спасибо Вам за сайт и возможность узнать полезную информацию.
Вот налаживаю плату "Ленинград-48" и ни как не могу её запустить. Вроде всё норм, а не запускается.
Если Вас не затруднит, прошу помочь. Заранее СПАСИБО Вам ОГРОМНОЕ!
По этой ссылке фотографии платы, экрана и некоторые осциллограммы. После нажатия кнопки сброс, на экране появляется "матрас" двух видов (на фото оба вида). Осциллограммы названы номер микросмемы_номер ноги. +5 В, есть на всех микросхемах. ПЗУ прошивал файлом с вашего сайта (TL866II+), после прошивки verify - ok. Как думаете в чём может быть дело. Заранее спасибо.
https://disk.yandex.ru/d/HiM4sfr-JXoUkg

AXLP_RU, похоже, всё собрано правильно. Картинка и осциллограммы соответствуют нормальной работе системы без ПЗУ. Чтобы стандартная прошивка sos48k_only.bin (16K) работала на позиции D29, нужно немного скорректировать плату, т.к. по умолчанию плата рассчитана на установку двух половинок ПЗУ по 8К каждая.

Под прошивку 16К (27128) делаются следующие доработки: вывод D29-20 отрезается от A13 и заводится на землю, на вход D29-26 подается сигнал A13.

С наступающим! )

Здравствуйте, Константин! Спасибо. Буду пробовать. У меня есть две ПЗУ S27C64A, можно ли их прошить sos48k_only.bin разбив её на две части 0h0000-0h1FFF и 0h2000-0h3FFF или необходимы "танцы с бубном"? Ещё раз спасибо! и С Новым Годом!

AXLP_RU, да, можно разбить sos48k_only.bin на две половинки так:
27С64 D29 - #0000-#1FFF
27С64 D41 - #2000-#3FFF

Только не все ПЗУ подойдут. Дело в том, что в «Ленинграде» выборка ПЗУ D41 осуществляется по входу 27 (PGM), что не всеми микросхемами поддерживается. Подробнее об этом тут:
https://zx-pk.ru/threads/33199-otklyuchaemyj-po-romdis-uvprom-27128-podskazhite.html

Константин, Спасибо Вам за помощь и отзывчивость!
Здоровья, Счастья и Удачи в Новом Году!
Очень понравились ваши видеоролики, особенно про Ленинград-48 и про рыбалку на Мещёре! В них есть спокойствие счастливой человеческой жизни, такой жизни которой система сейчас не даёт человеку, жизни размеренной и спокойной с уверенностью в лучшее на завтрашний день. По моему скромному мнению, такое есть только у Вас на канале, и у адвоката Егорова. Спасибо Вам за ваш труд.

Здравствуйте, Константин!
Прошил ПЗУ
27С64 D29 - #0000-#1FFF
27С64 D41 - #2000-#3FFF
микросхемы на фото:
https://disk.yandex.ru/i/A8D-wNoR6rIqUQ
Картинка поменялась, но заветной надписи пока нет
https://disk.yandex.ru/i/XpiEhsY4tECytQ
Прошу у Вас совета, если возможно?
Спасибо.

AXLP_RU, благодарю за отзыв и поздравление! ) И, кстати, скоро выйдет новое видео – работа идёт полным ходом!

Рекомендуется сначала запустить тестовую прошивку:
http://www.cxemateka.ru/v1/test48k.bin

Прошить её можно и в 27C64, и в 27C128. Для 27C64 нужно заполнить все 8K повторяющимся блоком 2K из файла test48k.bin. Для 27C128 заполнить все 16K аналогичным образом.

Здравствуйте, Константин!
Спасибо, буду пробовать с тестовой прошивкой.
И буду следить за новостями на вашем видео-канале.

Константин, сделал как Вы посоветовали: прошил ПЗУ 27C64 тестовой прошивкой, всё оставшееся место заполнил последовательно скопированными копиями прошивки. После запуска следующая картина:
https://disk.yandex.ru/d/Anf6Mkd7dWML4A
С течением времени повышается шум (случайность) отдельных пикселей.
Не знаю куда копать, проверял уровни и формы напряжений по книге ремонт и наладка, вроде всё в пределах допустимого, но не запускается.
Книга "Ремонт и наладка Ленинград 48 к"
https://disk.yandex.ru/d/mwWXkEVQIBUl9A
Спасибо.

AXLP_RU, это Зодчий Алекс. У вас не запускается процессор. Точно такие же картинки матраса с вертикальными полосами я уже наблюдал на своём "Ленинград-48". Попробуйте установить доп. резистор 1кОм c +5В на 6 выв. Z80. Это повысит уровень сигнала RAS до уровня, при котором запустятся все Z80. Без этого резистора запускались далеко не все!

Да, дело очевидно в процессоре. Только сейчас обратил внимание, что на плате установлен процессор с индексом C (Z84C0006PEC) - это КМОП, а нужен ТТЛ.

Здравствуйте, Зодчий Алекс! Спасибо, попробовал 0.7 кОм, 1.5 кОм и 3 кОм. Уровень тактирующего импульса CLK подтягивается к 5 В, но картинка прежняя. Ставил разные процы, и заведомо исправные, и память менял с 555ру5 на КМ4164В, тоже не помогло. Вроде все сигналы есть, но не хватает знаний и опыта для поиска и устранения неисправности.
Спасибо.

Константин, здравствуйте! У меня есть процессоры:
Z84C0006PEC -- Manufacturing process CMOS
Z0840006PSC -- Manufacturing process NMOS,
так понимаю, что оба не подходят?
Подскажите пожалуйста какой проц. подойдёт, по какой технологии изготовленный? Насколько понимаю КМОП (комплиментарная металл-оксид полупроводник) -- это технология производства полупроводниковых интегральных схем. А ТТЛ это тип логики (транзисторно-транзисторная логика), получается, что КМОП и ТТЛ это не сравнимые вещи, в первом случае (КМОП) технология производства, а во втором тип построения интегральных логических элементов.
Нашёл классический проц. Z80, на сайте ZILOG (https://www.cpu-world.com/CPUs/Z80/Zilog-Z80%20CPU.html), такой точно должен подойти он произведён по технологии (MOS LSI - металл-оксид полупроводник высокой степени интеграции), но такие процы сейчас не найти.
Спасибо.

Z0840006PSC – такой процессор подойдёт.

Речь в данном случае не о технологии производства, а о поддерживаемых микросхемой логических уровнях. У КМОП и ТЛЛ эти показатели разные:
https://www.cxemateka.ru/ru/building_zx_spectrum_128k_clone_beta_disk_interface_ay_3_8910_ym2149f/p335

Прошивку с тестом нужно ставить на позицию D29. Если всё не совсем плохо, то как минимум будет смена цветов бордюра на старте. Как этот тест работает видно тут:
https://youtu.be/8rWCYo1UcOQ?t=460

Если этого не происходит, то нужно проверять шину данных и адресную шину процессора, не лишним будет проверить наличие корректного сигнала INT (D20-16). Также нужно проверить (прозвоном) все ли сигналы проходят от процессора до D29, проверить правильно ли формируется сигнал выборки ПЗУ RDROM (D12-3).

Константин, спасибо Вам!
С процем Z0840006PSC, тоже не запустился, буду ещё раз позванивать и проверять все уровни напряжений.
Спасибо Вам за помощь!

AXLP_RU. В вашем случае не в процессоре дело. Долгие годы в моих "Ленинград-48" исправно работали Z0840004PSC. Вчера прислали Z84C0004PSC. Тут же его и поставил. Всё отлично работает. При этом ток с 0,66 А понизился до 0,54 А. То есть на 120 мА меньше и не греется, чему я очень рад.
Когда я собирал свои ZX, то первым делом проверял плату на соответствие её схеме и отсутствие на ней обрывов. Выявил целую кучу несоответствий, с которыми ZX никогда бы не удалось запустить!
Советую и вам начать с того же. Для наглядности на листе бумаги в клетку нарисовал схематично каждую из микросхем одну под другой. Например: Z80 2 клетки в ширину и 20 в высоту, ЛА3 – 2 и 7 кл. и т.д.. Влево и вправо от нумерованных выводов писал с какими выводами, каких микросхем они должны быть соединены. И прозвонил каждый выв. каждой микросхемы, а затем ещё и между собой соседние выв. микросхем согласно схеме, чтобы и между ними не было незапланированных соединений.

Сергей, да, видео будет. И по теме Спектрума в том числе )