«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).

Дмитрий, так не должно быть. Есть предположение, что на плате линия A8 ОЗУ закорочена с чем-то ещё. Это надо проверить.

Цитата "Александр, если эта плата "Ленинграда" версии 48К без контроллера дисковода, то можно ставить 27C128 вместо 27C512. А вот в какую часть 27С512 прошивать sos48k_only.bin, нужно вычислять исходя из состояния выводов 1 (A15) и 27 (A14) ПЗУ:
1. A15=0, A14=0 - прошиваем с адреса #0000
2. A15=0, A14=1 - прошиваем с адреса #4000
3. A15=1, A14=0 - прошиваем с адреса #8000
4. A15=1, A14=1 - прошиваем с адреса #C000"
Константин, здравствуйте! Вот фото моей новодельной платы Ленинград 48 https://disk.yandex.ru/i/ERAUOmIcYJ3eYA
На данной плате выводы А15=1 и А14=1 т.е они подключены к +5в Исходя из этого следует, что в моем случае прошивка должна читаться с адреса #С000. Но ведь в ПЗУ 27128 и 27256 таких адресов не будет...Получается что на данной плате без доработки будет работать только 27512. Причем Бейсик48к должен быть зашит либо во всю ПЗУ четырьмя повторяющимися блоками, либо в ее четвертую часть с адреса С000. Так же, где то находил информацию, что для 128 кБ машин с ПЗУ27512 Бейсик128 должен быть записан в третью часть с адреса 8000, а Бейсик48 в четвертую с адреса С000

И ещё раз здравствуйте! Подскажите кто-нибудь схему клавиатуры ( лучше с калькуляторным блоком, но можно и без ), предпочтительнее с микро-кнопками, к каким контактам на Ленинграде (СПЕКТРУМЕ) её подпаивать, конечно я понимаю что на SV1, но какими контактами и (, а также) куда именно? Константин, в тот раз я интересовался именно мембраной и её контактами, а не контроллером, но за это тоже спасибо, ибо всё-равно понадобилось Заранее спасибо за ответ!

КСТАТИ, Константин, ПОЗДРАВЛЯЮ С 8-Ю ГОДАМИ НА САЙТЕ!ПРАВДА С 0ПОЗДАНИЕМ
,,,...

Дмитрий, когда линия A8 ОЗУ 41256 подсоединена к земле, Спектрум будет работать в режиме 48К, т.е. дополнительная память оказывается незадействованной. При этом порт #7FFD очевидно работает, но с ограничениями.

Есть такое предположение. В версии 2012 могут использоваться мультиплексоры памяти с инверсией - КП14 (D15-D18). Поэтому рекомендую попробовать подать на линию A8 ОЗУ инвертированный сигнал с платы ВС-1, т.е. соединить A8 с выводом 13 DD3.4.

Линию WE памяти пока трогать не стоит. А вот после того, как тест пройдёт, можно и доработать. В схеме «Ленинграда» разрешена запись в область ПЗУ. В режиме 48к это никак не влияет на работу системы, а вот в режиме 128к при записи в область ПЗУ портится содержимое страниц дополнительной памяти. Это негативно влияет на работу некоторых программ. Доработка показана тут (элемент eD5.3):
https://www.cxemateka.ru/v1/128k.png

Александр, ПЗУ 27128 будет работать нормально при +5В на выводах 1 и 27. Прошивку в ПЗУ 27256 надо шить с адреса #4000 (или в обе части). В ПЗУ 27512 соотв. с адреса #C000 (или во все четыре банка). Для версии 128К, да, так и шьют, тут подробнее:
https://www.cxemateka.ru/v1/Other.png

Владимир, спасибо за поздравление. Вообще, этот сайт изначально задумывался, как собрание различной документации к ретротехнике, которой у меня много. Как будет время, обязательно займусь сканированием и публикацией схем и прочей документации.

Схема ZX клавиатуры:
https://www.cxemateka.ru/v1/zx_keyboard.gif

KB0-KB4 (ZX Spectrum) = KL0-KL4 (по схеме «Ленинграда»)
A8-A15 (ZX Spectrum) = D(A8)-D(A15) (по схеме «Ленинграда»)

Менять КП14 на КП11 не нужно, нужно логику схемы доработки соотв. образом подправить. КП14 дают инвертированную адресацию ОЗУ A0-A7, соотв. есть смысл инвертировать и линию A8, если стандартная логика не работает. Для этого достаточно просто заменить элемент eD5.4 (ЛЛ1) на eD3.4 (ЛЕ1):

Если происходит сбой при нажатии на некоторые клавиши, надо определить ряд, в котором возникла проблема, по этой схеме:
https://www.cxemateka.ru/v1/zx_keyboard.gif

Проблема может быть с адресным диодом клавиатуры (пробит или не той полярностью впаян). Проблема также может быть с одним из мультиплексоров, которые управляют сигналами KL0-KL4.

Константин,
Если проблема в мультиплексоре, то не работали бы пара столбцов, а если в диоде, то половина ряда. Здесь же одна клавиша и это странно.
Кстати, мультиплексоры на клавиатуру я поменял с 1531 на 555 серию - они не требуют подтяжки на +5В, которой у Ленина-2 конструктивно нет, в отличие от остальных схем. Без изменений....

Дмитрий, была такая проблема на доработанном Ленинграде 1, решилась буфером на адресные линии.

Схемы доработок https://drive.google.com/file/d/1Q5C4hqPofsd_hYgwahD5WiSjAha4WYBy/view?usp=drivesdk

Спасибо, подумаю как этот буфер приколхозить. И с типом диодов поиграюсь...

Дмитрий, если сбой по одной клавише, есть смысл ПЗУ перепрошить. Ошибка в прошивке может привести к самым непредсказуемым последствиям.

Здравствуйте ! Я ранее писал с проблемами в моём ленине . Посмотрел я плату и ужаснулся ,везде обрывы , задолбался я с ней . Заказал набор для сборки спаял ,всё работает но,вместо синкклер ресёч просто чёрная полоса . Думаю бумага принимает цвет чернил.Помогите пожалуйста .

Константин, ПЗУ, по вашей наводке заменил - вместо 2х8, прошитых еще до исторического материализма, поставил свежепрошитое 1х16. Проблема магическим образом решилась :) Огромное спасибо за помощь!

Будем теперь бетадиск цеплять и AY.
Имеет ли смысл ставить AY без расширения памяти до 128/256?

И ещё раз Здравствуйте! Да, прям с большой буквы З(ЗДРАВСТВУЙТЕ). В процессе сборки ПОЯВИЛОСЬ ЕЩЁ НЕСКОЛЬКО ВОПРОСОВ., А) НУЖНО ЛИ КАК-ЛИБО ПОДПАИВАТЬ ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ОТВЕРСТИЯ (МЕЖДУ СЛОЯМИ),. Б)КАК ПРАВИЛЬНО ПОДПАЯТЬ КОНТАКТ(-Ы) РАЗЪЁМА РАСШИРЕНИЯ., И НАКОНЕЦ В) ПРОШУ ОЦЕНИТЬ, И ДОРАБОТАТЬ МОЮ КЛАВИАТУРУ, ДОРАБОТАТЬ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ НЕДОСТАЮЩИХ КЛАВИШ ПО ТИПУ DEL, SHIFT, u (,.А ТАКЖЕ) Т.Д. НУ И КОМПОНЕНТОВ ВЫВОДА УЖЕ К ПЛАТЕ. ПЛАНИРУЮ ДЕЛАТЬ ЛУТОМ. вОТ И САМ ФАЙЛ:https://disk.yandex.ru/d/bGmOWBbO60Wy2A.. Заранее спасибо!

И ещё раз здравствуйте, у меня возникло ещё несколько вопросов. А) как запараллелить клавиши джойстика(курсора), Б) что это за деталь

и В ) куда идут столбцы и колонки внизу и слева. Заранее спасибо за помощь (,ответ)!!!

Поздравляю всех с 23 февраля!!!

Вот новый файл клавиатуры https://disk.yandex.ru/d/si9zAFbEyiux7w , исправленный:)

ещё раз здравствуйте, вопрос таков, можно ли миксовать микросхемы серии 555 и 1533? Или же здесь будет конфликт КМОП И ТТЛ сигнала?

Всем добра. Пожалуйста, дайте кто-нибудь совет по запуску Ленинграда-2. Собрал на плате 90-х годов эту машину, никакого старта, естественно, не получил, потому что на плате куча ошибок. Две недели ломал голову, исправил всё, что нашел, но застрял на следующем: при установке тестового ПЗУ test48k.bin видно, что процессор стартует и тест запускает, так как циклически меняется цвет бордюра, появляются черточки на бордюре, но черточки эти статические, не перемещаются. В основном поле текст не выводится, оно просто каждый раз при включении заполняется хаотическими квадратиками и полосами. На что указывает такое поведение? Куда, как говорится, копнуть? Спасибо.

> вместо синкклер ресёч просто чёрная полоса

scp_cpm, в этом случае рекомендуется тест с заполнением экрана прогнать, картина будет более наглядной:
http://www.cxemateka.ru/v1/test48k_org.bin

> Имеет ли смысл ставить AY без расширения памяти до 128/256?

Дмитрий, в принципе да, но программ с поддержкой AY для Спектрума 48К не очень много.

> НУЖНО ЛИ КАК-ЛИБО ПОДПАИВАТЬ ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ОТВЕРСТИЯ (МЕЖДУ СЛОЯМИ)

Владимир, если плата хорошего качества, то нет.

Что же касается клавиатуры, то самодельный вариант достаточно просто можно сделать (либо ЛУТом, либо соединив кнопки проводками на макетке). Но речь тут именно о 40-ка кнопочной версии клавиатуры. Расширенную клавиатуру довольно сложно сделать самостоятельно.

> Б) что это за деталь

Разъем.

> В ) куда идут столбцы и колонки внизу и слева

Там нет соединений, просто схематически обозначены ряды и колонки.

> можно ли миксовать микросхемы серии 555 и 1533?

Можно.

> Только когда сделал по этой схеме https://www.avray.ru/ru/zx-spectrum-256k-upgrade/ все сразу заработало!
> Проходит все тесты и игры. Не пойму почему, но в этой схеме сигнал A8 взят с микросхемы Кп11. Может у Вас есть идея почему так?

Дмитрий, вообще, по приведенной схеме MA8 должен браться с КП12. Ну а в целом, логика схем расширения схожая. Главное собрать правильно и из исправных деталей.

Анатолий, по поводу частоты строк:
https://www.cxemateka.ru/ru/building_zx_spectrum_128k_clone_beta_disk_interface_ay_3_8910_ym2149f/p95

1N4148, для начала рекомендуется добиться устойчивого "матраса" при включении без ПЗУ.

Андрей, похоже, что где-то обрыв либо замыкание в районе видеоконтроллера (D30, D31, D36, D33, D35). Если что-то где-то перемкнуло, то одна или несколько микросхем будут греться сильнее обычного. Обрыв или непропай в районе видеоконтроллера легко обнаружить, прикоснувшись пальцем к проблемной области при включенном ПК - в случае обрыва на экране появятся хорошо различимые помехи.

И лучше не использовать CMOS процессор. Заставить такой процессор нормально работать с «Ленинградом» можно, но наладку производить лучше с обычным заведомо исправным процессором. Старенький Z80 не дефицит. Достать не сложно. Есть и в некоторых онлайн-магазинах и на Авито. Правда, я как-то на Али заказал было партию обычных Z80, а прислали CMOS )

Константин, спасибо!