«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).

otrazhenie, по поводу подключения NEMO FDD:

https://www.cxemateka.ru/ru/building_zx_spectrum_128k_clone_beta_disk_interface_ay_3_8910_ym2149f/p640

https://www.cxemateka.ru/ru/building_zx_spectrum_128k_clone_beta_disk_interface_ay_3_8910_ym2149f/p428

Здравствуйте Константин!
Подскажите в чем может быть проблема с прорисовкой матраса? Плата Ленинград-1. Нет нулевого разряда в полосках, кроме последнего столбца. На MD все нормально, на ИР9 приходит.
https://b.radikal.ru/b17/2107/2a/0b33dd04b5d2.png

Тест ПЗУ отрабатывает без ошибок. И еще при отработке теста видно, что нет нулевого в выводе символов.
https://b.radikal.ru/b03/2107/25/9cd144b07b6f.jpg

Edward, надо проверить сигнал SCR. Обычно вносится задержка в этот сигнал, как показано тут ("Корректировка прорисовки линий"): https://www.cxemateka.ru/v1/Other.png Если же задержка будет слишком большая, то как раз и будет подобный сдвиг пикселей вправо.

Так и есть. Все решилось установкой RC-цепочки на ИР9 и 1000 пф на SCR. Спасибо.

Собрал Спектрум 48к по приведенной схеме. Пытаюсь подключить его к монитору Электроника МС 6105.01. Возникли проблемы с синхронизацией: https://drive.google.com/file/d/1lUypbz3aeQGgcQMhLjK3GLMjbuPQ_5Rj/view?usp=sharing

Кварц 14 МГц. Тактовый генератор доработан (с двумя резисторами 470 Ом). Доработок по синхронизации не делал. В этом проблема?

eskoptev, надо приводить к стандарту частоту строк, об этом тут:
https://www.cxemateka.ru/ru/building_zx_spectrum_128k_clone_beta_disk_interface_ay_3_8910_ym2149f/p95

Константин Айги (CXEMATEKA.RU), на схемах https://www.cxemateka.ru/v1/Other.png представлены те же самые доработки, что и в книге?

Evgeniy, некоторые из этих доработок есть в книге, а некоторых нет.

Добрый день!
В видеоролике и на форуме упоминаются тестовые программы Color128 и Тест_v.4.30. Ссылки для их загрузки в формате TAP или SKL предполагают загрузку с магнитофона или с дисковода.
Есть ли данные программы в формате BIN или ROM для записи в тестовую ПЗУ, что было бы очень полезно для проверки после сборки платы и установки музыкального сопроцессора?
Спасибо!

SergeyKCA, Тест_v.4.30 -
https://zx-pk.ru/threads/24740-test-4-30-rom-version.html

Добрый день!
На Ленинграде-1 (Зонов) при работе теста после смены бордюров вместо фраз на экран выводится одно или несколько чёрных знакомест в начале экрана. Цветные квадраты и перемигивающиеся полосы выводятся нормально. Судя по тому, что тест не останавливается с чёрным бордюром и нет звукового сигнала, буфер и ОЗУ исправны.
Что можно проверить?
Спасибо!

SergeyKCA, Color128 – это не тестовая, а демонстрационная программа (Song In Lines):
https://busy.speccy.cz/tvorba/sil.htm

Там есть коротенькие версии, которые легко вшить в ПЗУ, не нарушив стройность подпрограмм Спектрума. Для примера сделал такой вариант (Song in lines 1k ROM version):
https://www.cxemateka.ru/ftp/sos48k_sil1k.bin

Что касается неправильного прохождения теста, то, похоже, проблема с адресными мультиплексорами D15,D16,D17,D18. В этом случае неплохо бы прогнать длинный тест с заполнением экрана:
http://www.cxemateka.ru/v1/test48k_org.bin

Как этот тест должен проходить, можно посмотреть в любом эмуляторе, заменив основное ПЗУ соотв. прошивкой.

Константин:
Спасибо!
Довольно странное прохождение теста-48 (и Ваша версия, и полная) - в первой клетке выскакивает чёрное знакоместо. Также пробовал тест Андрея Хахонова - та же картинка.
Тесты Александра Кормишина и JokeSoft идут нормально - текст отображается.
Тест PLL для AY идёт нормально - звук есть и текст по экрану идёт.
Может, конечно там другой алгоритм... В общем, странное состояние.
В любом случае, Спасибо, буду ставить D15-18 на панели и смотреть "чистые" сигналы и потом с КП11.
SongInLine прошью, посмотрю, надеюсь, хоть линии порадуют во весь экран и с музыкой ;)
Если нужно, образы данных тестов могу выложить - может, кому-то поможет. Или порадует :)

Александр:
Спасибо за версию теста ver.4.30, но там тест шьётся в ПЗУ 512 и нужно её подключение по схеме https://www.cxemateka.ru/v1/Other.png
Попробую.

Констрантин:
Длинный тест с заполнением экрана проходит нормально - и атрибуты очищаются, и линии чертятся правильно. Квадратики правильные и полосы переливаются. Но слова "Буфер исправен" и "ОЗУ исправно" щёлкают только в первое знакоместо, а сам экран чистый, белый.
Буду ставить панельки.

SergeyKCA, любопытно было бы посмотреть, как выглядят эти надписи. По характеру искажения экрана можно примерно понять, в чём проблема.

Видео прохождения тестов

https://drive.google.com/file/d/1xhWOyjUVrn0n3n1FP9XZHCQ1Pkwh-H0G/view?usp=sharing

https://drive.google.com/file/d/1xh_ZccYpzSCAOiagcf7baeWVtunJ0Qcn/view?usp=sharing

https://drive.google.com/file/d/1xn_cg7-gI8EdNe8VaiZtrnIrlnT6Tux2/view?usp=sharing

https://drive.google.com/file/d/1xlaj70RzIpSYYdqmGWWfuoPGqFYhI16x/view?usp=sharing

Константин:
Добрый день!
Поставил мультиплексоры КП11 D15-D19, регистры ИР9, ИР16, ИР22 на панельки, проверил их работоспособность на тесте логических элементов в программе XGecu для программатора TL866II Plus - нормальные. Прозвонил все соединения и проверил сигналы осциллографом - всё в наличии, ни обрывов ни залипов.
Заменил микросхемы памяти 41256 на РУ5 - тест пошёл в нормальном начертании символов, но примерно через пол-минуты начинаются сбои. При установке 41256 и РУ7 эффект с выводом текста в 1-е знакоместо тот же, хотя 1-я ноги заземлены.
При замене ПЗУ на системную компьютер выходит в заставку, но тоже как-то нестабильно.
Питание 4,96 В.
Читал, что иногда необходимо задерживать сигнал RAS, идущий к ОЗУ, попробую поиграть с ним.
В любом случае, Спасибо за поддержку!

Откорректировал частоту строчной развертки. Пост про проблему писал здесь https://www.cxemateka.ru/ru/building_zx_spectrum_128k_clone_beta_disk_interface_ay_3_8910_ym2149f/p931

Любопытно, что в книжке https://www.cxemateka.ru/ru/building_zx_spectrum_128k_clone_beta_disk_interface_ay_3_8910_ym2149f/p95
и на картинке https://www.cxemateka.ru/v1/Other.png по-разному предлагается корректировать частоту, те выводы D4, которые предлагается в книжке садить на плюс, на картинке предлагается садить на минус. То что в книжке идет на минус, на картинке идет на плюс. Сделал по книжке, частота пришла в норму. Но со стабилизацией частоты пришлось повозиться. Кадровая частота сразу застабилизировалась после присоединения конденсатора к D6. Проблемы были со строчной, если присоединить любой конденсатор к D4, то строки сверху экрана уползали налево. Более менее победил проблему, присоединив параллельно конденсатору на микросхеме D4 резистор на 4,7 кОм. Конденсаторы по 100 пФ.
Сейчас не могут разобраться с неправильным матрасом. Менял комплект памяти, менял процессор. Эффекта нет. Очевидно, проблема где-то еще.
Фото матраса https://drive.google.com/file/d/1uDsqYvq4Lu8lDrFaLOl2HNtkYLuMrtR2/view?usp=sharing

Добрый день!
Победил неправильный вывод текста. Причиной оказался неисправный процессор. Заменил на оригинальный ZILOG Z084006PSC - всё пришло в норму. Очевидно, подпалил выходы проца статикой от телевизора.
Тесты идут, система грузится, игры играют!
Осталось подсоединить музыкальный сопроцессор, увеличить память до 128к и, может быть, поставить дисковод.
Хотя для "ламповости" и так хватает.
Спасибо всем за помощь и, хотя бы, за сочувствие! ;)

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.