«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).

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.

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