Ленинград-1

Эта статья была переведена с помощью компьютера. Если вы хотите помочь улучшить перевод, пожалуйста, напишите мне.
Мой адрес электронной почты указан на главной странице.

Больше фотографий можно посмотреть на этой этой странице.

Вступление

В наше время, когда покупка старого Spectrum обходится примерно так же дорого, как и сборка собственного, создание Spectrum на основе оригинальной схемы серьезно затруднено из-за того, что эти чипы были изготовлены только для Spectrum и на каждой модификации печатной платы использовались разные версии, что делает их крайне редкими сегодня.

ULA также выделяет много тепла, поэтому из-за того, что он установлен без радиатора и помещен в корпус без вентиляции (как это было сделано в оригинальной модели Spectrum), перегрев является распространенной причиной отказа. В результате большая часть новых старых запасных частей ULA уже используется для ремонта существующих машин.

Таким образом, разработка клона Spectrum, использующего только те детали, которые все еще легко доступны, стала чем-то вроде искусства в электронике. Наиболее известным примером этого, вероятно, является Superfo Harlequin 128, 100% совместимый клон Spectrum 128K, полностью построенный из готовых компонентов. Единственным недостатком этой конструкции является большое количество микросхем. (61 микросхема)

Однако искусство клонирования ZX Spectrum не является современной концепцией - на самом деле оно почти такое же старое, как и сам Spectrum! В странах, где оригинальное оборудование Sinclair было трудно достать (из-за экономических тарифов, санкций и т.д.), часто действовали очень мягкие законы об авторском праве, что позволяло существовать отечественным производствам, занимающимся тиражированием оборудования Spectrum из доступных им комплектующих. Это привело к появлению компьютеров с большой базой программного обеспечения сразу после выпуска, поскольку для массового копирования и распространения программы требовалось тайно ввезти в страну только одну копию.

Наиболее ярким примером этого, вероятно, является Советский Союз и окружающий его Восточный блок. Разработка клонов в этой части мира началась примерно в 1985 году, причем первые модели состояли примерно из 50-60 микросхем. Однако сложность этих ранних самодельных клонов делала их дорогими и сложными в сборке и устранении неполадок, поэтому они не были очень популярны.

В 1988 году инженер-электронщик из Ленинграда по имени Сергей Зонов разработал клон Spectrum, используя всего 41 микросхему, в результате чего получился клон, который был вполне доступен по цене, даже при скромной средней зарплате в СССР. Это сразу же принесло успех, и компьютеры, основанные на «ленинградском варианте» (позже переименованном в «Ленинград-1», чтобы отличаться от последующих «Ленинград-2»), массово производились в течение почти десяти лет, став самым популярным вариантом ZX Spectrum в бывшем СССР.

В СССР использовалась своя собственная схема именования микросхем, но все советские микросхемы, для которых был разработан этот компьютер, имеют точные западные аналоги. Насколько я знаю, это по-прежнему самый простой на сегодняшний день клон ZX Spectrum, который не использует программируемую логическую матрицу вместо готовой логики.

Техническое описание

Протестировав свой «Ленинград-1» с приличным количеством программ, я бы сказал, что 90-95% из них работают без каких-либо проблем, в то время как 97-98% можно использовать / воспроизводить (например, никаких сбоев в игре).

Композитный видеовыход монохромный, цветное видео доступно через разъем SCART (не работает в версии 0) и разъем DIN-8, предназначенный для подключения к пользовательскому внешнему видеоадаптеру (например, VGA).

Команды, используемые для воспроизведения звука Yamaha AY на более продвинутых моделях Spectrum, по-видимому, противоречат схеме рисования границ. Это приводит к мерцанию границ, когда программы пытаются воспроизвести музыку AY.

Я приложил все усилия, чтобы сделать этот компьютер максимально простым в сборке. Информация практически для каждого компонента (за исключением двух разъемов) напечатана на шелкографии, поэтому можно собрать его целиком, не заглядывая в список компонентов.

Для упрощения конструкции (и снижения затрат) верхняя и нижняя части системной платы, чувствительной к статическому напряжению, могут быть защищены без необходимости изготовления корпуса. Печатная плата клавиатуры предназначена для крепления поверх системной платы с помощью стандартных нейлоновых винтов M3. Поскольку большинство производителей печатных плат требуют, чтобы вы заказывали минимум 5 плат для каждого дизайна, вы можете использовать одну из запасных печатных плат для клавиатуры, чтобы закрыть нижнюю часть системной печатной платы.

Клавиатура и системные платы крепятся друг к другу с помощью 6 винтов. В клавиатуре есть дополнительные 4 отверстия для винтов, которые проходят через клавиатуру и располагаются поверх системной платы. Они предназначены для придания устойчивости конструкции - идеально подходят для быстро развивающихся экшн-игр!

Создание клавиатуры

Я пришел к выводу, что лучший способ сделать это - заказать колпачки для ключей со съемными прозрачными крышками (такие же часто встречаются на торговых терминалах) и распечатать этикетки, которые можно вырезать и вставить в колпачки для ключей. Такие колпачки для ключей можно недорого заказать на eBay или AliExpress, введя поисковый запрос «прозрачные колпачки для ключей».

В результате получаются прочные колпачки для ключей профессионального вида (в зависимости от того, насколько хорошо вы умеете вырезать), которые не изнашиваются со временем.

Готовые изображения наклеек на клавиши можно загрузить ниже по странице. Я разработал их на основе сочетания оригинальной клавиатуры Spectrum и наклеек из советского компьютерного набора «Сделай сам» (который был создан на базе «Ленинграда-1»).

Всего на печатной плате клавиатуры 40 клавиш шириной 1х в оригинальной раскладке ZX Spectrum и один пробел шириной 6,25х. Для сборки клавиатуры вам понадобятся:

• 5-контактные клавишные переключатели, совместимые с Cherry MX (x41) - 3-контактные переключатели также подойдут, но их сложнее равномерно закрепить на печатной плате.
• 1x ширина прозрачная крышка ключевые колпачки (x40)
• Пробел шириной 6,25x, совместимый с Cherry MX (x1)
• Стабилизатор с пробелом шириной 6,25x, совместимый с Cherry MX (x1) - По-видимому, существует в двух вариантах: для монтажа на панели и для монтажа на печатной плате. На печатной плате поместится только версия, установленная на печатной плате.

Я работаю над клавиатурой уменьшенного размера, которая использует небольшие тактильные переключатели в качестве более дешевой альтернативы, но механическая клавиатура обеспечивает гораздо более удобный ввод текста.

Запись ПЗУ

По умолчанию в «Ленинграде-1» используются оригинальные данные ПЗУ Sinclair, записанные в ПЗУ 27128. Возможно использование некоторых других моделей ПЗУ, обычно, если двоичный файл записан на верхнюю 16 КБ часть чипа.

На этой странице я написал подробное руководство о том, как начать программировать ПЗУ, с рекомендациями о том, какой программатор купить, и списком других микросхем, которые можно использовать вместо 27128.

В руководстве по программированию ПЗУ также есть коллекция альтернативных Бейсик ПЗУ, доступных для скачивания.

Схематический

Схему можно загрузить в формате PDF в разделе «Загрузки» на этой странице.

Получение программного обеспечения

Большинство программ Spectrum распространяются онлайн в виде файлов TAP или TZX - это двоичные версии потока данных с магнитной ленты. Эти файлы предназначены в первую очередь для использования с эмуляторами, и загрузка их на реальное оборудование может быть затруднена.

Существует множество программ, которые могут конвертировать эти файлы в более универсальные стандартные аудиоформаты. Моя любимая - k7zx для Windows, которую вы можете скачать ниже по странице. Это программа 2008 года выпуска, поэтому она должна работать на версиях Windows, начиная с XP (возможно, 2000), и она хорошо работает на моем компьютере с Windows 10.

Проблемы с печатной платой в версии 0

Из-за нехватки поставок в советское время оригинальные платы «Ленинград-1» были собраны с использованием различных типов логики (7400, 74LS00, 74HCT00 и т.д.) с разной скоростью переключения. Поэтому было предложено множество исправлений для настройки синхронизации сигнала, в основном основанных на добавлении конденсаторов между сигнальными линиями и GND. Поскольку версия 0 была задумана частично как тестовый прототип, я добавил на печатную плату столько дополнительных компонентов, сколько смог. Теперь я знаю, что лучше всего работает со 100%-ной логикой 74LS. (Которую сейчас найти гораздо проще, чем было в СССР!) В следующей версии я уберу ненужные компоненты, упростив печатную плату и процесс сборки.

Видеосигнал не совсем соответствует стандартным таймингам видео PAL/SECAM. Из-за этого многие телевизоры и мониторы не смогут отображать надлежащий видеосигнал, а некоторые дисплеи просто отказываются отображать что-либо вообще. Есть несколько известных модификаций для улучшения совместимости видеосигнала, которые я реализую в следующей версии.

В схеме загрузки магнитофонной ленты используется операционный усилитель Motorola MC1456 (ближайший аналог КР140УД6 советского производства). Эта деталь уже несколько десятилетий не выпускается и обычно продается по ошеломляющей цене - 10,00 долларов. Вероятно, все еще выпускается аналогичный операционный усилитель, но вся схема загрузки ленты может быть значительно упрощена - в схеме загрузки ленты «Ленинград-1» используются 2 микросхемы и 11 дискретных компонентов, но схема загрузки ленты на «Ленинграде-2» обеспечивает ту же функциональность, используя только 1 микросхему и 4 дискретных компонента.

Я не смог заставить работать джойстиковый интерфейс Kempston. В некоторых играх персонаж двигается в неправильных направлениях, а в некоторых играх джойстик вообще ничего не делает. Некоторые источники утверждают, что джойстиковый интерфейс «Ленинграда» по своей сути несовершенен, и предлагают способы его улучшения. Однако лучшим решением, возможно, будет полностью отказаться от интерфейса Kempston и внедрить вместо него интерфейс Sinclair. Интерфейс Sinclair подключен непосредственно к клавиатуре, поэтому он должен работать, поскольку клавиатура работает нормально.

Разъем SCART расположен слишком далеко от правой стороны печатной платы. Оказалось, что некоторые разъемы SCART имеют кронштейны по бокам, которые перекрывают один из выступов, используемых для крепления клавиатуры к системной плате.

В руководстве по подключению Leningrad-1 к кабелю SCART, которое я нашел, сказано, что контакты 17 и 21 должны быть отсоединены. Похоже, это ошибка, поскольку контакт 17 используется в качестве заземления для сигнала синхронизации (контакт 20).

Аудиовыход работает слишком громко, что обычно приводит к очень грубому регулированию громкости на всех устройствах, к которым он подключен. Это можно исправить, подключив резистор последовательно с аудиовыходом.

Загрузки

Список компонентов
    XLS сводная таблица, 29,0 КБ - Список всех компонентов, которые вам понадобятся для сборки компьютера. Я рекомендую устанавливать компоненты, выделенные зеленым цветом, и не устанавливать компоненты, выделенные фиолетовым и синим.

Список компонентов
    PDF документ, 115 КБ - Список всех компонентов, которые вам понадобятся для сборки компьютера. Я рекомендую устанавливать компоненты, выделенные зеленым цветом, и не устанавливать компоненты, выделенные фиолетовым и синим.

Схема клавиатуры
    PDF документ, 16,3 МБ - Моя схема для клавиатуры.

Схема системы
    PDF документ, 3,07 МБ - Моя схема для Ленинграда-1, в основном с комментариями на английском языке.

Печатная плата клавиатуры Герберы
    ZIP архив, 326 КБ - Печатная плата для клавиатуры, совместимой с Cherry MX.

Системная печатная плата Герберы
    ZIP архив, 1,32 МБ - Печатная плата для самого компьютера.

Надписи на клавиатуре
    PNG изображение, 718 КБ - Этикетки для печати на клавиатуре. Перед печатью измерьте, сколько места остается под колпачками для клавиш - на изображении есть инструкция по разрешению на дюйм, которая поможет подобрать этикетки нужного размера. Убедитесь, что этикетки вырезаны с внутренней стороны черных контуров.

Sinclair Бейсик ПЗУ
    BIN данные, 16,0 КБ - Оригинальная Бейсик программа Sinclair 1982 года выпуска.

Дополнительные загрузки

Программное обеспечение ZX Spectrum - WAV аудио стартовый пакет
    ZIP архив, 24,6 МБ - Коллекция программ Spectrum, предварительно преобразованных в формат WAV. Пожалуйста, обратите внимание, что общий размер этого архива в несжатом виде составляет 392 МБ!

Печатная плата клавиатуры - Файлы KiCad
    ZIP архив, 2,90 МБ - Полезно, если вы хотите внести изменения в печатную плату клавиатуры. Сделано с помощью KiCad 8.

Системная печатная плата - файлы KiCad
    ZIP архив, 3,56 МБ - Полезно, если вы хотите внести изменения в системную печатную плату. Сделано с помощью KiCad 8.

Надписи на клавиатуре
    GIMP XCF изображение, 5,24 МБ - Полезно, если вы хотите создать свои собственные надписи на клавиатуре.

Логотип «Ленинграда-1» (19890 x 3148 пиксели, прозрачный) (Со знаком качества СССР)
    PNG изображение, 752 КБ - Логотип в верхней части страницы в полном разрешении.

Логотип «Ленинграда-1» (19890 x 3148 пиксели, прозрачный) (Без знака качества СССР)
    PNG изображение, 602 КБ - Логотип в верхней части страницы в полном разрешении.

Пользовательские шрифты
    ZIP архив, 338 КБ - Пользовательские шрифты, используемые для файлов KiCad и надписей XCF. Требуется только в том случае, если вы хотите изменить эти файлы.

Другие схемы
    ZIP архив, 8,87 МБ - Схемы Ленинграда-1 из других источников. Обратите внимание, что они будут содержать отличия от моей версии схемы и печатной платы.

k7zx 4.3
    ZIP архив, 1,00 МБ - Удобная утилита для Windows для преобразования файлов эмулятора TAP/TZX Spectrum в воспроизводимые аудио форматы WAV/MP3. Ее также можно скачать здесь.

    Сергею Зонову за разработку компьютера «Ленинград-1».
    Z.A.N. (sblive.narod.ru) за полезные технические подробности и схемы.
    Сергею Багану (zxbyte.ru) за многие усовершенствования схемы и за большинство файлов ПЗУ.
    Мику (micklab.ru) за полезные технические подробности и схемы.
    Константину Айги (cxemateka.ru) за усовершенствования схемы и пошаговое руководство по устранению неполадок при сборке компьютера.
    Сергею Фролову (leningrad.su) за фотографии советских клонов ZX Spectrum (и за отличный музей советской электроники).

Последнее обновление от 2 марта 2025 года.
Эта страница была впервые загружена 2 марта 2025 года.