«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).

Dima_50, очевидно проблема в связке процессор+ПЗУ. Если при запуске тестовой прошивки не бегут линии по бордюру, то есть большая вероятность, что неисправен сам процессор. Если процессор исправен и это проверено, тогда извлекается ПЗУ и процессор. Затем проверяются основные шины и сигналы процессора:
1. Наличие и правильность тактового сигнала (вывод 6 Z80).
2. Состояние шины адреса (A0-A15) – сигналы обычно в среднем состоянии, однако уровень может быть не везде одинаков, т.к. отдельные разряды шины адреса имеют дополнительную нагрузку.
3. Шина данных (D0-D7) должна быть в единице.
4. На 16-й ноге Z80 (INT) должен быть короткий сигнал.
5. Сигнал RESET должен быть в единице и уходить в ноль по нажатию на соотв. кнопку.

При включении компьютера без ПЗУ, но с процессором, на A15 (пятый вывод Z80) будет пульсирующий сигнал, на A14 похожий, но с большей частотой и так по возрастающей вплоть до A0. На D0 будут прямоугольные импульсы, D1 - смешанный сигнал (пила, прямоугольник), D2 - пила, D3/D4/D5 - прямой угол, D6/D7 - пила.

Dima50, видео прохождения теста по ссылке выше посмотреть не получается... На D1 вполне может быть и пила - это нормально. Если "матрас" есть и тест проходит безошибочно, то проблему нужно искать в видеоконтроллере. В некоторых случаях, проблема может быть и в оперативной памяти, даже если тест ОЗУ ошибок не находит. Если штрихи вертикальные и шириной в один пиксель, то проблему легко локализовать, вычислив в каком разряде шины данных сбой. Есть такой простой спартанский метод, которым некоторые пользуются: во время появления вертикальных штрихов на экране кратковременно замыкают выводы 14 РУ5 на землю (последовательно от MD0 до MD7). Обычно микросхеме это не вредит и можно быстро понять, где проблема.

Добрый день! Достал из коробки свой старый Ленинград 1 128 с контроллером диска и музыкальным процессом. ОЗУ две линейки ру5 запаяны 7 шт. Одна на панельке, процессор тоже запаян. ПЗУ-0 27128. ПЗУ-1 27256 на панельках. После включения на экране никакой информации не выводится просто белый квадрат, щелчков клавиатуры нет. Картинка не менется с ПЗУ или без . Вынимал D26 ру6 и DD41 ир22 , картинка не меняется, на процессоре есть все сигналы кроме WAIT, BUSRQ, сигналы NMI, IORQ какие то странные. смотрел осцилографом С1-73.

На 14 ногах РУ5 1.5-2v без данных, RAS - есть , CAS -логическая 1. На 2-рых ножках РУ5 есть данные.
Подскажите куда дальше копать. Спасибо.

Roman75, для поддержки TR-DOS нужен контроллер на базе КР1818ВГ93 (MB8877A). Такой можно подключить к клону Harlequin.

VITamin_dws, симптомы типичны для полностью неисправного ОЗУ. Все проверки в подобном случае делают без ПЗУ. Состояние основных шин процессора легко проверить осциллографом, как раз обсуждалось чуть выше: https://www.cxemateka.ru/ru/building_zx_spectrum_128k_clone_beta_disk_interface_ay_3_8910_ym2149f/p1086

На сигналах процессора BUSRQ и NMI должна быть единица. Если там что-то другое, то надо проследить, нет ли замыкания с чем-то посторонним и присутствует ли резистор, подтягивающий эти сигналы к +5В.

Dima50, в этом случае полезно прогнать тест с заполнением экранной области:
http://www.cxemateka.ru/v1/test48k_org.bin

Как этот тест должен работать, можно посмотреть в любом эмуляторе Спектрума, заменив ПЗУ 48К на эту прошивку.

Спасибо Константин, поменял D13 , появился CAS, память заработала, теперь появилися матрас без ПЗУ. Вставил ПЗУ на экране шахматка или темный экран. Решил перейти с двух ПЗУ на одну 27512 с Вашей прошивкой. пробовал и тестовою на 128. Возник вопрос по подключеню 1 и 27 ножкой. У меня плата расширения ОЗУ с музыкальным процессором 2149 и контроллер дисковода с тремя РТ4( не знаю точно модель) нет схемы подключения.
На плате расширения есть сигнал ROMCS, на плате контроллера сигнал ROMCS(инверсный) DOS и ЕDOS. Попробовал разные комбинации, пока не работает.

Добрый день, поменял все ОЗУ на 41256 по вашей схеме расширения. Несколько раз удалось запустить игрушки с диксовода, решил подключить музыкальный процессор, не заработал , отключил все назад, тоже не работает, на экране шахматное поле 4х6 черно-белые квадраты, с ПЗУ и процессором и без них. Вставляю тестовою прошивку , тест запускается, видны полосы бордюра, а шахматное поле остается, где копать уже не знаю.

Сигналы на процессоре сооответствуют как на вашей ссылке

VITamin_dws, похоже, что не работает запись в ОЗУ. Надо проверить прохождение и формирование сигнала /WE (D9-8), входы 3 41256.

Добрый день Константин, так и оказалось,когда подкючал музыкальный проц оборвал проводк и подпаял на соседнюю ножку, исправил, все заработало, теперь пытаюсь разобраться с играми на дискетах не все толком работают или не догружаются или сбрасываются, но поиграться есть с чем. Еще раз огромное спасибо за помощь!!!!!

Я использую PlayZX https://play.google.com/store/apps/details?id=com.baltazarstudios.playzxtapes, проблем небыло. Да и конвертировать ничего не нужно.

Здравствуйте Константин, Всем привет! Прошу Вашего совета. Если коротко, ЭВМ не грузит игры. Нет сообщений типа, тапе еррор, после загрузки появляется страничка с выбором джойстиков, сложности итп. При нажатии кнопки старта, либо происходит рестарт ЭВМ, либо все виснет с белибердой на экране. Теперь по подробнее: ЭВМ- бердский форум бк 09 турбо на т34вг1, 95 года выпуска. Особенность ЭВМ 32 кб ПЗУ. В свое время хотел апгрейдить до 128 кб, пришлось выпаивать процессор, пзу и озу, сажать на кроватки. Апгрейд не вышел (не до конца понимал что надо делать) все вернул на место. Единственное, спалил пзу не так вставив. Пришлось заменить на ат49002нт, заодно поставил три джампера на старшие разряды пзу, что позволило залить в первые 32кб оригинальный дамп, во вторые 32 дамп 128 кб спектрума, а в последние 32 залил тестер озу от Прусака. И все работало. Потом ЭВМ лежало лет 15 в гараже (сухом), потом я о нем вспомнил и решил запустить, заработало но плохо, точнее сказать, грузится заставка с меню, набираются программы на бейсике, а вот тест озу не проходит. Причем ошибка плавающая в районе 0х8ххх. В результате я сделал три платки: на одной 64Кх16-35нс, на второй 512Кх8-45нс, на третьей 64Кх16-80нс. Все три тест озу проходят отлично, но не грузят игры с ленты. Да, вместо магнитофона использую планшет. Нормально грузтится бейсиковая часть, картинка, возможно и бинарник. И все :( Да вот еще что... Думал, оригинальная прошивка сбоит, записал в третьи 32 кб оригинальную спектрумовскую прошивку от 1982 года. Результат тот же. Также заметил, что если несколько раз нажать рестарт, то загрузка бейсика виснет либо недогруженной начальной страницей, либо просто черным экраном. Есть еще проблемка, но не критичная, на мой взгляд. О ней, если что в следующий раз. С уважением.

Antipko, тут на два момента стоит обратить внимание. Рекомендуется проверить порт клавиатуры. А именно диоды адресной шины клавиатуры. Кроме того, надо проверить есть ли резистор порядка 300 Ом между выводом 35 ULA и сигналом CAS ОЗУ. Можно попробовать стабилизировать работу ОЗУ подбором номинала этого резистора.

vitgo, возможно всякое, однако у Antipko три набора микросхем памяти. Вряд ли все три набора ОЗУ сбойные. Кстати, проблема может крыться ещё в недостаточно мощном и стабильном блоке питания.

Артём, у стандартной платы "Ленинграда" размер в пределах: 205x120 мм.

Борис, спасибо не надо я уже плату сам делаю.

А я уже делаю 205x120.

Константин Айги, а если плату печатать размером: 205x120 это же нормально получится?

Artem, если плата делается под конкретный корпус, то итоговый размер нужно выбирать исходя из размеров корпуса. А в целом, это не так важно. Главное, чтобы всё на плату уместилось. Для примера, вот фотка моего «Ленинграда» рядом с версией «Композит», у которого плата чуть меньше:



На фото хорошо видно, что некоторые детали «Композита» расположены слишком близко к кромке платы. На моём же «Ленинграде» этой проблемы нет, т.к. плата расширена примерно на пять миллиметров по горизонтали и где-то на четыре миллиметра по вертикали.

Добрый день! Собрал Ленинград 48, столкнулся с проблемой - не работает клавиатура. Проверил контакты, соединение до платы компьютера доходит. Посмотрел осциллографом мультиплексоры КП11, на входе сигналы с клавиатуры есть, а сигнал IORD постоянно в единице и выходы мультиплексоров заперты.
При этом всем компьютер выдает стабильное изображение, без пзу выводит ровные полосы, тесты памяти проходит успешно.
Подскажите пожалуйста, что я делаю не так, это мой первый опыт сборки спектрума, возможно я что-то не учел.

Radlubit, надо проверить элемент D14A, на котором формируется IORD. IORD формируется из сигналов процессора RD (запрос на чтение) и IORQ (запрос портов ввода-вывода). Если элемент D14A исправен, то надо проверить наличие сигнала INT (вывод 16 Z80). Без правильно сформированного сигнала INT клавиатура работать не будет. Проблема также может быть и с самим процессором.