«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).

Григорий Мосин, похоже, что да. В моём "Композите" вместо всех трёх 555ИР16 (D39,D40,D41) установлены микросхемы 155ИР1.

Григорий, всё верно люди говорят. Регистр ИР16 (D39) вероятнее всего неисправен. Проверить легко. Можно кратковременно замкнуть 3-й вывод D39 на землю (желательно через низкоомный резистор - 20 Ом подойдёт). Если полоса не исчезает, значит, микросхема D39 неисправна.

А регенерацию, да, надо проверять отдельно. Например, при помощи: https://www.cxemateka.ru/ftp/IRAMTEST.ZIP

То был дисковый вариант (TR-DOS), а вот кассетная версия:
https://www.cxemateka.ru/ftp/iRAMtest.tap

Поскольку iRAMtest работает в ОЗУ, то при проблемах с регенерацией памяти может происходить сброс программы во время теста. Что и будет показателем соответствующих проблем.

Вместо ИР16 можно зарубежный аналог поставить (есть на aliexpress): 74LS295 (555ИР16) или 74ALS295 (1533ИР16)

Анатолий, надо смотреть, что приходит на вход 27 (A14) ПЗУ. Стандартное ПЗУ Спектрума занимает 16 килобайт, а в микросхеме 27C256 - 32 килобайта. По входу 27 будут выбираться либо верхние 16 килобайт 27C256, либо нижние.

Еесть смысл проверить прохождение всех адресных линий непосредственно от процессора к ПЗУ. Но проблема может быть и в другом. При проблемах с оперативной памятью, Спектрум как раз и будет виснуть на старте.

Анатолий, да можно. ПЗУ большего размера обычно заполняют тестовой прошивкой блоками по два килобайта.

shurup, похоже на неисправность процессора или ПЗУ. Проверить легко. Если запустить компьютер без ПЗУ, то при исправном процессоре на экране будет такая картинка:



Желательно также замерить напряжение питания на плате. Должно быть не ниже 5-ти вольт.

При снятом ПЗУ всё тоже самое (как на видео)
Значит процессор. Буду выпаивать. Он зараза не на панельке, как ПЗУ, а впаян :(
А потом ещё где-то найти исправный z-80...
Ну чтож, раз я подписался на это дело, надо идти до конца.
Константин, спасибо Вам за помощь!

//shurup-это я)

Вот внутренности больного -

https://disk.yandex.ru/i/quZPcwK5C6C4Fg

https://disk.yandex.ru/i/xoEei3yX1bjGpQ

Питание на плате 4,6 вольт.
процессор тёплый, но не горячий

Спасибо, Константин!
Дело было в питании.
Подсоединил другой блок и всё заработало. Только изображение черно-белое и негативное.
Скорее всего у скарта на телеке не задействованы входы RGB.
https://disk.yandex.ru/i/A7FC8PQJIaDEHA

Александр, чтобы цвет был, нужно +5В подать на вход 16 SCART:




Анатолий, надо файл прошивки для ПЗУ 27512 подготовить заранее. Например, в командной строке Windows можно сделать так:
for /l %x in (1, 1, 32) do type test48k.bin >> 27512.bin

На выходе получим файл 27512.bin размером 64 килобайта, при условии однократного запуска этой команды.

Здравствуйте. Я вот на ebay вижу детали:
Z80-CPU/Z80A-CPU/Z80B-CPU DIP40 X 1PC
TL712 DIP X 1PC
32K x 8 SRAM DIP32 X 2PCS
64K x 8 EPROM/EEPROM DIP X 1PC
AD724JR PAL/NTSC Encoder SOP X 1PC
AY-3-8912 Sound Generator DIP X 1PC
74HC138 / 74LS138 DIP X 3PCS
74HC32 / 74LS32 DIP X 6PCS
74HC541 / 74LS541 DIP X 1PC
74HC174 / 74LS174 DIP X 2PCS
74HC74 / 74LS74 DIP X 4PCS
74HC08 / 74LS08 DIP X 5PCS
74HC04 / 74LS04 DIP X 1PC
74HC161 / 74LS161 DIP X 3PCS
74HC00 / 74LS00 DIP X 4PCS
74HC4040 / 74LS4040 DIP X 3PCS
74HC86 / 74LS86 DIP X 1PC
74HC253 / 74LS253 DIP X 2PCS
74HC574 / 74LS574 DIP X 3PCS
74HC166 / 74LS166 DIP X 1PC
74HC245 / 74LS245 DIP X 3PCS
74HC257 / 74LS257 DIP X 2PCS

Можно ли их заменить так:

74ALS04 (1533ЛН1) - на 74LS04.
74ALS74 (1533ТМ2) - на 74LS74.
74ALS174 (1533ТМ9) - на 74LS174.
74ALS193 (1533ИЕ7) - на 74LS193.
74ALS02 (1533ЛЕ1) - на 74LS02.
74ALS86 (1533ЛП5) - на 74LS86.
74ALS00 (1533ЛА3) - на 74LS00.
74ALS08 (1533ЛИ1) - на 74LS08.
74ALS32 (1533ЛЛ1) - на 74LS32.
74ALS257 (1533КП11) - на 74LS257.
74ALS298 (1533КП13) - на 74LS298.
74ALS373 (1533ИР22) - на 74LS373.
74ALS165 (1533ИР9) - на 74LS165.
74ALS295 (1533ИР16) - на 74LS295.
74ALS10 (1533ЛА4) - на 74LS10.

Это будет работать?

Murat, серия К1533/74ALS предпочтительнее. У этих микросхем низкая потребляемая мощность, соотв. они создают меньше шумов по линии питания. Спектрум, собранный на серии 1533/74ALS, как правило, выдает более чистую картинку. Тем не менее, серию К555/74LS тоже можно использовать. Микросхемы серии 74HC - не годятся, т.к. это КМОП, а не ТТЛ (уровни сигналов разные). При выборе процессора надо смотреть на маркировку. Если в маркировке процессора Z80 есть буква "C" (например, Z84C00), то такой процессор не подойдёт, т.к. это КМОП(CMOS) версия процессора.

colpamax, есть такое дело, в 5-й версии Dizzy для Спектрума 48К диалоги с Лепреконом были удалены (видимо из-за нехватки памяти). Тем не менее, вручить ему предмет можно. Делается это так:
1. кладём трилистник как можно ближе к персонажу
2. помещаем Dizzy поверх Лепрекона, так чтобы он краешком руки доставал трилистник
3. далее заходим в меню выбора предмета и, не выходя из него, бросаем только что подобранный трилистник.

А ошибки да, там могут быть. Часть диалогов я перевёл/переписал самостоятельно, а часть взял из русскоязычной версии Dizzy 5 128К. Штука в том, что не так просто исправить что-то в диалогах именно в этой версии Dizzy. Диалоги там сжаты особым алгоритмом, и чтобы исправить хотя бы одну букву, нужно пересобрать весь массив диалогов. Впрочем, исходники у меня где-то есть на ГМД ;)

Анатолий, если нужно прошить что-то в определенную область ПЗУ, проще, опять же, заранее подготовить полный файл прошивки. Сначала надо считать микросхему ПЗУ (если она чистая, то файл заполнится байтом #FF). Далее просто помещаем нужные данные в требуемое адресное пространство #4000-#7FFF считанного файла прошивки.

Спасибо,Константин.Во всём разобрался,в одном окне программы не правильно указывал адреса.Теперь прошиваю куда хочу.Где то на форуме читал,что после "RESET" появляется чёрный квадрат и через секунду-сиклеровская строка.А что делает компьютер в эту секунду?Хочу понять,какой сигнал куда должен поступить.

Спасибо,Константин.Во всём разобрался,в одном окне программы не правильно указывал адреса.Теперь прошиваю куда хочу.Где то на форуме читал,что после "RESET" появляется чёрный квадрат и через секунду-сиклеровская строка.А что делает компьютер в эту секунду?Хочу понять,какой сигнал куда должен поступить.

balan_58, при старте Спектрум очищает память с простой проверкой на ошибки, затем заполняет область системных переменных. Более детально это процесс описан в дисассемблированном коде ПЗУ Спектрума: The Complete SPECTRUM ROM DISASSEMBLY

Зодчий Алекс, могу подтвердить слова dzgo. В некоторых клонах, КМОП процессоры запускаются, а в некоторых без дополнительных доработок нет. Т.е. лучше выбирать обычный процессор там, где использование КМОП версии не предусмотрено. Я успешно использовал КМОП версию Z80 в Profi 5 и ATM 6.40. Если хочется использовать именно КМОП Z80, то для стабильной работы системы стоит позаботиться о доработке тактового генератора: https://zx-pk.ru/threads/34087-khoroshij-clock-dlya-zilog-z80.html

Здравствуйте Константин, подскажите пожалуйста, куда клавиатуру паять? Точнее какими контактами к каким контактам на плате, если что интересует подключение именно современной (ну, относительно 1998-2005-ого года) клавиатуры. Заранее спасибо за ответ

Владимир, чтобы современную клавиатуру к Спектруму подключить (с разъёмом PS/2, т.е. AT-клавиатуру), нужен дополнительный контроллер, что-нибудь вроде этого:
https://zx-pk.ru/threads/33211-universalnyj-kontroller-ps-2-klaviatury-dlya-kompyuterov-s-matrichnymi-klaviaturami.html