Собираем сами ZX-Spectrum 48K

Добрый день (опционально вечер/ночь).

Свой 20й обзор я хочу посвятить компьютеру, который покорил мое сердце. Приглашаю посетить сей ламповый пост. Обязательно отмечаются все бывшие и нынешние владельцы этих великолепных аппаратов, делимся идеями, ссылками, гаджетами под наш любимый компьютер. Просьба откинуться на кресло и постепенно погружаться. (Обзор очень большой, содержит инструкции, схемы, мысли по сборке и апгрейду)

ПРЕДИСЛОВИЕ

Давным-давно, в далёкой-далёкой галактике…



Вот этот мужчина, которого Вы видите сверху, не спроста тут. Это сам Клайв Марльз Синклер, бывший владелец компании Sinclair Radionics, выпускавшей компьютеры Spectrum. Это тот самый человек, которых хотел изготовить самый дешевый аппарат для работы и точка. Да, он не любил игры и считал, что это пустая трата времени и неправильное вложение средств. (интересно, что бы он сказал сейчас, глядя на дико развивающуюся игровую индустрию). Да пускай, поправят меня знатоки, сей джентльмен ушел в изобретение электронных велосипедов с головой и похоже, что там и остался, изготавливает что-то в этом роде:



В прочем это совсем другая история. Сегодня пойдет речь о наборе для самостоятельной сборки компьютера, ушедшей эпохи, конца 80х.

Впервые я познакомился со Спектрумом, когда мне было 7 лет, отец собрал его для меня. Тогда я открыл для себя целый удивительный мир игр и программирования.
Как сказал один хороший человек — «Если ты однажды познакомился со Спектрумом, то он глубоко засядет тебе в душу и однажды, когда совсем станет невмоготу, ты будешь бегать по барахолкам и искать его.» И это правда. Только есть одно большое, НО. Купить можно, само-собой, на ибее есть лоты, продающие как 48к, так и 128к модели. Но однажды, когда мне стало «невмоготу» ища информацию о Спектрумах, я наткнулся на данный сайт, который предлагает готовые комплекты для самостоятельной сборки аппарата.

Был очень удивлен, люди продают и изготавливают платы советской копии Ленинград 48к с поправленной схемой. Плюсы и минусы конечно же у этого варианта есть. Но ребята, тут предлагают собрать компьютер своими руками, да что может быть круче чем разобраться в принципах работы компьютера на аппаратных уровнях?! Это же просто сказка. Естественно для таких работ желательно иметь опыт, маломальский, мой опыт сборки компьютеров ограничивается моделью РК-86 из журнала Радио, по сравнению со Спектрумом он песчинка, в плане сложности и придется потрудится, чтобы его отладить.

Как обычно предупреждение:



Вся ответственность, а именно самостоятельное проникновение в корпус готового изделия с последующим нарушением его целостности работоспособности, лежит на человеке совершившим это действие.

В дополнение к выше сказанному, при работе с микросхемами памяти, используйте заземленный, антистатический браслет, дабы не повредить целостность микросхемы, так же не забывайте подключать кабеля Video, RGB, Scart и тому подобные, только на выключенные приборы.

ПОДГОТОВКА К СБОРКЕ

Данный набор поставляется без оперативной памяти, чипы памяти используются КР565РУ5 и на данный момент времени найти их тяжело, можно так же использовать чипы КР565РУ7, но с учетом небольших доработок в схеме.

Где достать? Барахолки отметаем сразу, разборы тоже по причине того, что чипы могут быть испорченными, помимо всего прочего с памятью такого рода есть особенности, а именно она чувствительна к работе одной партией (точнее все чипы, установленные в машину желательно должны быть одной партии, ревизии и даты производства, а также города производства), с этим я столкнулся, собирая РК-86, советская память больно уж капризная, даже новые чипы желательно покупать оптом, мало ли что.

По этому обзвонив все магазины в Екатеринбурге, чипы нашлись только в одном — МЭК, по баснословно низкой цене. Оно и понятно, кому в наше время может понадобиться столь маленькая оперативная память, да еще столь медленная.

Специально перед покупкой я попросил принести упаковку чипов, да бы убедиться, что отсыпают именно из этой коробки. Может быть я был излишне мнительным в этом решении, но мало ли что.



И следующими номиналами резисторов:



По мелочи аудио гнездо под Jack — 3.5, дополнительные панельки, если не хотите паять микросхемы. Есть возможность установки SMD корпусов резисторов, диодов, конденсаторов (например, блокировочные конденсаторы можно заменить на SMD).

По инструменту потребуется следующий набор:

1. паяльная станция/паяльник с регулировкой температуры,

2. осциллограф (очень и даже очень желателен),

3. мультиметр,

4. если нет осциллографа используем логический анализатор.

ПОСТАВЛЯЕМЫЙ КОМПЛЕКТ

Я зачастую мало уделяю вниманию упаковки, тк привык к поставкам с Китая, но Российские упаковки поглядеть стоит всегда, уберу под спойлер, кому захочется взглянуть, смотрите.



И так, давайте же взглянем на этот прекрасный набор запчастей

Плата. Вы знаете, эта плата изготовлена на высочайшем уровне, просто невероятно хорошо. Я давно не держал в руках столь качественных кастомных плат. Разводка, шелкография и надписи… Мммм великолепие, давайте просто насладимся:







От одних надписей на плате захватывает дух, уж больно они мне нравятся.

Так же прикладываю фотографии в большом размере платы целиком, да бы оценить полностью качество изготовления, кустарщиной не пахнет:





В комплекте поставляется, кроватки под микросхемы RAM, ROM, CPU:



Рассыпуха, которая идет с платой в комплекте. (Бипер, набор транзисторов BC547, конденсаторы на все нужные номиналы, контактные разъемы 2.54мм, кварц на 14.000 MHz, диоды):



Вся логика, которая потребуется для работы компьютера (включая CPU и ROM). Кстати ROM — память уже прошита Sinclair BASIC:



Для ориентирования в микросхемах времен СССР, нарисовал следующую картинку:



Из всех микросхем ни одной военки, две с пометкой статики — К561ЛН2 и К561ИЕ10А и ворохом различных предприятий.

CPU:

Представлен процессором Z80 имеющим следующие характеристики:

Дата анонса: июль 1976 года
Тактовая частота (МГц): 2,5 — 8 для основной версии; КМОП-версии от 1 (версия Z80L Z8300-1) до 20; короткие команды исполняются за 4 такта.
Разрядность регистров: 8 бит
Разрядность шины данных: 8 бит
Разрядность шины адреса: 16 бит
Объём адресуемой памяти: 64 Кбайт
Количество транзисторов: 8500
Техпроцесс (нм): 3000 (3 мкм)
Размер кристалла: 4,6 на 4,9 мм; площадь — 22,54 мм²
Напряжение питания: +5 В
Корпус: 40-контактный керамический или пластмассовый DIP



ROM:

Представлена микросхемой памяти W27C512-70:

СБОРКА

Используем две представленных схемы общая и детальная, мало-ли захочется разобраться плотнее или столкнетесь с трудностями, начинаем потихоньку собирать. Самое важное это точно отслеживать что и куда ставим.

Так же в помощь схема размещения микросхем и прочих элементов:



В помощь могу рекомендовать следующее видео, о сборке Ленинград 48к в классической схеме, вообще советую ориентироваться на него и схему вместе:



Главное в этом деле не торопиться, иначе запутаетесь окончательно. Я начинал сборку с мелочи (конденсаторы, резисторы, диоды). Комплектные конденсаторы (блокировочные, номиналом 104) я поменял на свои — Murata Manufacturing. Последним сажайте кварц, связано с тем, что он очень близко расположен к резистору R1 и если паять кварц под корень, резистор придется паять навесным монтажом.



Ближе к окончанию сборки я начал собирать модуль чтения с ленты, основанный на микросхеме К561ЛН2, схема модуля классическая, прилагаю ниже:





Тестовое включение с распаянным кабелем Video с CPU и установленной RAM:



Странно, а должно быть это:



Похоже что-то имеется там. Осмотрев плату нашел пару ошибок:

1. Не распаян резистор R2.
2. Не правильно установлен резистор R1.

Так же оставшиеся конденсаторы (блокировочные), номиналом 104, заменил на Murata. Заменил транзистор К315Б.

Ииии ничего, после произведения всех замен с последующим включением аппарата я получил это:



При этом 5В по кругу имеется, но CPU не запускается. Печально. Начал искать в чем причина, попутно заказав логический анализатор.

Прошло 1.5 месяца так результата и не было, я уже начал расстраиваться, как с почты пришло уведомление о посылке — анализатор пришел.

Анализатор сигналов представляет из себя уст-во, основанное на чипах CY7C68013A являющимся периферийным контроллером USB2.0 и LVC245A 8-ми канальным приемником (я бы даже сказал снифером), осуществляющий захват с линий данных.









Данное уст-во работает с использованием программного пакета -Saleae Logic.

Вроде бы все есть для решения проблемы, но проблема как была, так и осталась.

Долго я мучился, пока не решил снести к черту все кроватки под микросхемы, оставив только RAM, CPU и ROM.

И о чудо, все завелось! (А ведь мой РК-86 был собран на таких же панельках, и все работает)

Так выглядел процесс отладки:





В итоге долго и мучительно перепроверяя все и отрезав ножку 1 от микросхемы DD4 (К555ИЕ7) с сопутствующей запайкой на землю я получил изображение:



Прогресс на лицо. На развертку не обращайте внимания, телевизор старый и имеет проблему в этой области. Далее, если вы приглядитесь, то увидите, что значок — © отображается некорректно, это знаменитая проблема компьютера Ленинград 48К (некорректная прорисовка окружностей), решается так, обрезаем дорожку от ИР9 ->1 и ЛН1->10 и впаиваем следующую схему:





Далее стоит произвести следующие доработки:





Вообще при использовании разных производителей логики, нужно индивидуально подбирать конденсаторы на развертку у микросхем DD4 -> ИЕ7 и DD6 -> ИЕ7, по сути опытным путем, ставится конденсатор что у первой, что и у второй между землей и 11й ногой.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ КЛАВИАТУРЫ

Компьютер — это конечно хорошо, но без возможности ввода, иметь его нет смысла, поэтому мы будем делать клавиатуру!

Распиновка клавиатуры находится в основной схеме на Ленинград 48К:



Для клавиатуры нам понадобится:

1. Текстолит размером 100х160.

(Я решил делать компактную клавиатуру, для того, чтобы засунуть аппарат в компактный корпус, да и в целом люблю компактные клавиатуры).

2. Лазерный принтер для проведения ЛУТ.

3. Кнопки тактовые, по высоте подбираются самостоятельно.

Распаковываем, размечаем и режем:



Далее обрабатываем наждачной бумагой, мелкой фракции и обезжириваем:



Готовим и вырезаем шаблон для ЛУТ:

Открываем редактор и рисуем клавиатуру:



В редакторе она нарисована со вторым слоем, но скажем так, травить этот слой не надо, экономьте свое время, не стоит травить ради того, чтобы травить.

Для Вас я подготовил готовый шаблон для распечатки:



Шаблон зеркалить НЕ НАДО!

Затем печатаем его и вырезаем:



Для травления потребуется следующий набор:

1. 100 мл аптечной 3% перекиси водорода

2. 30 г лимонной кислоты

3. 5 г поваренной соли.

4. Емкость.

Для платы моего размера этого хватит с головой, причем я для скорости травления, предусмотрительно нарисовал полигоны, да бы раствор не тратить зря.

Утюгом переносим на заготовку, советую использовать подложку от оракла:



Видно небольшие огрехи я поправил маркером, стойким к хлорному железу и забросил в раствор:



По окончанию получил такой результат. Скажу сразу я накосячил, для того что бы хорошо виднелись надписи я продержал чуть дольше в растворе и кое-где попортил дорожки:



Ну да ладно, это не криминально, берем провод в 0.5 мм и пропаиваем дорожки:



Далее распаиваем второй слой на клавиатуре и забиваем ее кнопками:

К ЗАПУСКУ ГОТОВ

Ах как он хорош!



Ииии стартуем!



Устанавливаем на телефон или планшет приложение PlayZX:



Используя кабель AUX, цепляемся к Спектруму, включаем аппарат и переходим в режим загрузки (на клавиатуре Спектрума нажимаем J -> удерживая SS нажимаем дважды на P, увидите такую запись — LOAD "" и жмем энтер). После этого выбираем нужный образ игры в телефоне и жмем play. Пойдет загрузка игры.



Процесс загрузки программы выглядит следующим образом:



Загруженный файл игры Saboteur:



И конечно же пример загрузки программы с нуля, проверим того же саботера:

ВЫВОДЫ

И так подытожим. Покупая данный компьютер, Вы не просто покупаете глупый макет для сборки подобный китайским, Вы приобретаете большой пласт опыта сборки подобных компьютеров. Как я уже раньше говорил, в детстве имел подобный компьютер, правда он был 128К и имел флоппи диски 5.2 дюйма, в любом случае я остался доволен результатом.

Если бы не этот компьютер я бы не обзавелся новым инструментом, таким как анализатор сигналов и горячим олово-отсосом, для выпайки микросхем и конечно же опытом.

Нюансы, платформа полностью скопирована с Ленинград 48К, ее можно подстроить под разные кварцы в зависимости от комплектной, логической базы, что очень хорошо.
Работает стабильно, используя приложение PlayZX, Вы откроете для себя мир игр для ZXSpectrum, да я и сам был удивлен такой большой библиотекой.

Очень большое сообщество по всему миру, кстати некоторые люди выпускают новые игры для данных компьютеров, а также портируют старые NES, например, Castlevania.

PS. Отличное начало в микроэлектронике для ребенка и отличное времяпрепровождение за решением той или иной проблемы.

PSS. Обзор получился просто гигантским, а рассказать хочется так много, но придется ограничиться только сутью, в следующем DIY будем изготавливать корпус для этого аппарата и будем прикручивать RGB и SCART, есть идеи сделать его в виде ноутбука.

Информация в помощь сборщикам Ленинград 48К:

1. Большое и крутое сообщество в котором я консультировался по тем или иным проблемам (спасибо ребятам — solegstar, marinovsoft, SoftFelix)
2. Отличный сайт по сборке оригинального Ленинград 48К
3. Сайт со схемами Различных клонов ZXSpectrum
4. Информация по доработкам видео сигнала
5. Весь материал, схемы, книги, картинки для сборки