«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).

Роман, вот тут про похожую проблему с подключением ZXMC2:
https://zx-pk.ru/threads/609-zx_multi_card.html?p=351713&viewfull=1#post351713

Кирилл, видео не могу посмотреть, нет к нему открытого доступа...

Константин, забыл открыть доступ по ссылке. Поправил, теперь должно показываться.

Константин, доброго времени суток.
В общем обе проблемы почти устранил.

Дребезг пикселей оказался, как я и предположил, следствием подвешенных в воздухе первых ног аналогов РУ7, которые я использую. Это исправилось быстро и легко.

А вот с дерганьем кадра возник небольшой вопрос.
Причина видимо в том, что требуется доработка "подергивания" кадров (http://zxbyte.ru/leningrad_video_out.htm).
Косвенное доказательство тому (https://youtu.be/eV0r9pc3SdI). При подключении щупа осциллографа, картинка появляется. Щуп обладает емкостью, видимо достаточной для стабилизации изображения.

Единственный вопрос в том, какой тип конденсатора лучше всего применить в данной доработке. Если я правильно прочитал номинал конденсатора из статьи, там установлен 1 микрофарад. Т.е. предлагается использовать емкость от 330 нФ до 1200 нФ. Осталось понять что за тип конденсатора нужен. Подойдет ли металлопленочный (https://www.chipdip.ru/catalog/import-film-capacitors?x.323=DxK&x.324=myK&locid=saint-petersburg-vosstaniya-8a)?
Или лучше взять что-то другое? Дело в том, что я попробовал собрать сборку из корректирующих конденсаторов, которые ставил на микросхемы. Так вот они как-то не помогли от слова совсем. Т.к. из-за длительности импульсов в 10-30 нс они видимо фильтровали этот сигнал как помеху, и уровень после установки такой сборки, даже на 400 нФ оказывался в логической единице.

Заранее спасибо за совет.

Кирилл, для стабилизации кадровой развертки, 11-й вывод D6 заземляется через конденсатор 100-1000 пикофарад. Номинал подбирается опытным путем. Практичнее использовать мелкие керамические конденсаторы, но тут важен не тип и размер, а номинал.

В моём случае подошел конденсатор на 200 пФ:
https://www.cxemateka.ru/v1/Other.png

Подробнее об этом можно почитать в книжке «Ленинград-1 наладка и ремонт»:
https://www.cxemateka.ru/ru/building_zx_spectrum_128k_clone_beta_disk_interface_ay_3_8910_ym2149f/p95

Константин, все удалось.
Картинка появилась (стабильная работа случилась на 390 пФ, на 200 пФ очень редко но подергивание оставалось).

Тестовая прошивка +- завелась, с небольшими артефактами на старте (https://youtu.be/KCFLhvetqIs).

А вот SOS48 видимо работает, судя по морганию одного из знакомест, но вот все остальное не очень (https://youtu.be/rUvQB0-hydU). Прошивал ту прошивку, что на этой странице сверху (sos48k.bin). Распилил ее на две части по 8 КБайт. В правый слот на плате (D29) поставил младшую часть прошивки, в левый (D41) старшую часть прошивки. Прошивка проверена, на микросхеме точно все ок. Еще один момент, вместо 27С64 у меня стоят 28С64В, чтобы не париться с ультрафиолетом, по идее это электростираемые аналоги 27С64, так что должны бы работать нормально.

На форуме есть пара записей с похожими симптомами за 2017 год. Хотя конечно странно, что тест ОЗУ работает, а SOS нет =). Кстати когда я втыкал тестовую прошивку, я подключал только одну микросхему, но полагаю это не должно играть роли.

Буду рад за идеи, куда посмотреть еще, кроме ЛП5 и счетчиков =).

Заранее спасибо.

Кирилл, плавный старт компьютера обеспечивается конденсатором C1 (и резистором R5). Легко исправность этой связки проверить осциллографом. После нажатия кнопки сброса, уровень на выводе 26 процессора должен плавно подниматься с 0 до 1.

Только сейчас заметил, сверху была ссылка на файл sos48k.bin (MD5: 6e09e5d3c4aef166601669feaaadc01c). Это вторая половинка прошивки для 128k - стандартная ОС для 48К с некоторыми модификациями. Лучше в чистый Спектрум 48К прошивать это (в статье тоже ссылку поменял):
http://www.cxemateka.ru/v1/sos48k_only.bin
MD5: 4c42a2f075212361c3117015b107ff68

И в D41 прошивается младшая часть прошивки #0000-#1FFF, а в D29 старшая часть: #2000-#3FFF

Роман, не за что!

Максим, что это не знаю, но предположу, что это фрагмент какого-то промышленного оборудования. Помню, в своё время, кто-то мне говорил, что много Z80-х процессоров попадают в самодельные Спектрумы из старых станков и прочего подобного оборудования )

Юрий, похоже, что сигнал гашения получился слишком длинный в результате введения привязки к уровню черного. Рекомендую попробовать переделать эту доработку по схеме примененной в компьютере «Композит»:

Damask.
3 вывод кр1533тм2 ( к 6 ноге которого подключен 13 вывод лл1) должен идти к 5 ножке нужной ИЕ7. На 2 ноге нужной ИЕ7 должен выходить 1.75.
Вот тут я могу ошибаться. Схему можно найти тут -https://zx-pk.ru/threads/6435-vosstanovlenie-quot-orizon-micro-quot/page4.html , но для меня она почти не читаемая...

Damask. К сожалению это все, что я могу подсказать. Тут нужна помощь от знающих людей, попробуйте ещё задать вопрос на zx-pk.ru

156, Благодарю за помощь!

156, я подключил к выводу 3 ие7, к которой пришел на вывод 5 как вы писали(
3 вывод кр1533тм2 ( к 6 ноге которого подключен 13 вывод лл1) должен идти к 5 ножке нужной ИЕ7. На 2 ноге нужной ИЕ7 должен выходить 1.75.) и появились какие-то звуки стерео, на на музыку это мало похоже, скорее на постреливание или на попытку прорваться

Добрый день, как правильно прошить 27с512, для тестовоой прошивки 48к и ОС48к.Спасибо

to ovcharenkod.
Зашивайте ОС48 во все четверти 27с512, не ошибетесь.

Артем, варианты разные могут быть. Но если речь о "Ленинграде" подключённом через SCART, то без доработки по привязке к уровню чёрного можно получить подобный эффект. Телевизор будет брать цвет бордюра за уровень чёрного, со всеми вытекающими отсюда последствиями.

trefas, вариант памяти в корпусе 28-lead PDIP (DIP-28) должен работать без доработок, главное прошить правильно.

Всем доброго дня! В N-ный раз все пересмотрел и перечитал. Потихоньку начинаю вникать, пока жду плату, детали и оборудование из Китая. И вот, что подумалось... Крик души - так сказать. Константин или кто-то еще неравнодушный и грамотный, запилите видео на подобии https://www.youtube.com/watch?v=HyznrdDSSGM&list=PLowKtXNTBypGqImE405J2565dvjafglHU где на макетках парень все устройство ПК разбирает. Я вот задался целью понять тактовый генератор спека и вот, к каким выводам пришел: кварц на 14МHz, D1(1533ЛН1), D2(1533ТМ2) и резистор R1 (360 по одной схеме и 430 по другой) являются серцем нашего ПК. У Константина на видео синусоида на 6 ноге z80 не красивая получилась и он заменил R1 на 470 и следом еще один на следующий инвертор поставил. Вот если бы это отдельным видосом оформить и так далее про все узлы было бы оччччень круто. Я дальше вряд ли сам разберусь :(

Максим, надо бы прогнать тест памяти, посмотреть, что он покажет. А так, похоже, что что-то где-то перемкнуло или же доработки собраны неверно.

Андрей, рекомендую изучить книжку «Ленинград-1 наладка и ремонт», ссылка на неё есть тут:
https://www.cxemateka.ru/ru/building_zx_spectrum_128k_clone_beta_disk_interface_ay_3_8910_ym2149f/p95