Давно хотел собрать какой-нибудь клон ZX Spectrum и вдоволь понастальгировать, и наконец заказал себе плату для Harlequin rev. G.

Плата Harlequin рассчитана на стандартный корпус Sinclair ZX Spectrum 48, поэтому я также заказал на ebay такой корпус с мембранной клавиатурой.

[Принципиальная схема Harlequin rev. G]

Нашел схему и список деталей, и начал их подбирать. Ниже в таблице приведен список деталей и их аналогов для замены.

Проще всего найти аналоги для цифровых микросхем логики. Серию HC можно заменить на серию HCT. Большинство таких микросхем заменяются российской серией логики К1533 или К1564. Также можно применить серию К531, но это чревато увеличением энергопотребления. Некоторые микросхемы заменяются даже сериями К155 и К555, но тут необходима осторожность - возможны сбои, и даже иногда потеря работоспособности. В частности, с я этим столкнулся, когда заменил U20, U23, U27 (74HC00, аналог 1533ЛА3) микросхемами серии 555. Компьютер отказался работать, и пришлось все-таки установить микросхемы серии 1533.

Недостающие компоненты (кодер PAL/NTSC, память, Z80 и т. п.) покупал в основном на aliexpress, некоторые компоненты (такие, как коннекторы клавиатуры, выход RGB и т. п.) заказал на ebay.com.

Резисторы и конденсаторы выбирайте малогабаритные. Почти все резисторы можно выбрать меньшей мощности, не 0.25 Вт, а 0.125 Вт. Особенно важно правильно выбрать электролитические конденсаторы, чтобы их бочонки были ограниченной высоты и диаметра.

[Назначение перемычек и коннекторов]

J1, J2: подключение матрицы клавиатуры 8x5.

J3: разъем расширения для подключения внешних устройств (ZX_EDGE).

J4: гнездо джека 2.1 мм для подключения внешнего блока питания (AC или DC 9..15V).

J5: гнездо MIC, выход для вывода программы на магнитофон (стандартный аудиоджек 3.5 мм). Также на этот разъем выводится звуковой сигнал, который воспроизводит динамик.

J6: гнездо EAR, вход ввода программы с магнитофона (стандартный аудиоджек 3.5 мм).

J7: RCA гнездо, композитный видеосигнал для вывода изображения на телевизор.

J8: 8-контактное гнездо, на которое выведены сигналы видео RGB, синхронизации и звука.

Перемычки я выделил разными цветами, как они показаны на фотографии.

J9, J10, J11: переключение системы формата генерации композитного видеосигнала. 1-2 NTSC, 2-3 PAL. На фото показано положение перемычек в режиме PAL. Кроме того, для PAL необходим кварц 4.433 МГц, а для NTSC кварц 3.58 МГц.

J12: перемычка, переключающая лог. уровень на ножке адреса A14 ПЗУ U2 27C256. Она позволяет переключать используемые половинки памяти микросхемы ПЗУ, тем самым можно, к примеру, в младшей половинке хранить стандартную программу ROM Basic ("© 1982 Sinclair Research Ltd.") и тест для проверки железа компьютера. Положение 1-2 (как на фото) соответствует A14=1, т. е. выбрана старшая половина ПЗУ, положение 2-3 соответствует A14=0, т. е. выбрана младшая половина ПЗУ.

J13: RST. Замыкание этой перемычки приводит к сбросу (перезагрузку) компьютера.

J14: коннектор, на который выведены напряжения VCC (+5V), +9V и шина земли (GND).

J15: перемычка, которая позволяет отключить внутренний динамик компьютера LS1.

J16: коннектор, на который выведены шины питания с разъема расширения J3 (-5V, -12V, +12V).

[Запуск]

Перед установкой микросхем в панельки проверил блок питания на импульсном стабилизаторе LM2596. Сразу нашел ошибку - установил вместо микросхемы LM2596-5.0 с фиксированным выходным напряжением 5V микросхему LM2596-ADJ с регулируемым выходным напряжением. Поэтому стабилизатор не работал. Пришлось исправить ситуацию поднятием ножки 4 микросхемы LM2596-ADJ и подключением к ней резисторного делителя R1R2, чтобы выходное напряжение было 5V.

В микросхему ПЗУ U2 AT29C256 записал 2 прошивки. В младшую половину (начиная с адреса 0000h микросхемы) записал ROM Basic 1990 (прошивка E48ND_BP.BIN), а в старшую половину (начиная с адреса 4000h микросхемы) записал простейший русифицированный тест (прошивка ESTST48.BIN). Любую из этих прошивок можно выбрать перестановкой перемычки J12 (1-2 выбран тест, 2-3 выбран ROM Basic).

Установил все микросхемы в кроватки, включил питание. Поначалу из-за проблем с микросхемами К555ЛА3 на видео были глюки, но после замены на К1533ЛА3 ситуация исправилась, тест прошел нормально (видео теста: Basic test ROM).

[Проблемы, с которыми пришлось столкнуться]

1. Не внимательно выбирал микросхему импульсного стабилизатора  LM2596SX-5.0/NOPB. Она должна быть рассчитана на фиксированное напряжение, но я ошибся, и случайно заказал её вариант с подстраиваемым напряжением (LM2596SX-ADJ). Поэтому пришлось поднять ножку 4 навешивать на неё резисторный делитель 977Ом/3кОм, чтобы микросхема выдавала напряжение 5V. Резисторы нужно применить с точностью 1%, либо упорно подбирать, чтобы на выходе был напряжение 5V. Я применил обычные резисторы, подобрав напряжение 5V с помощью резистора R1, составив его из двух параллельно соединенных резисторов на 1кОм и 22кОм. Можно также высчитать и другие резисторы, общая формула расчета выходного напряжения: V_OUT = 1.23 * (1 + (R2/R1)).

Внимание: точная установка напряжения 5V важна для надежной работы компьютера, особенно если были применены микросхемы логики из разных серий. Например, мой Harlequin неустойчиво работал при напряжении питания 4.85V, и после установки напряжения питания 5V заработал нормально.

Не удалось найти для стабилизатора дроссель рекомендованного типа на 68 мкГн, поэтому пришлось экспериментировать.

2. Как уже упоминал, неудачно заменил микросхему 74HC00 на 555ЛА3, после чего наблюдал на экране глюки. Причину удалось найти не сразу, только после того, как заметил, что подключение щупа осциллографа к сигналу HC2 (оказывает влияние на картинку). Стал смотреть внимательнее, и обнаружил, что на выходах 555ЛА3 короткие положительные импульсы не сохраняют свою форму. Заменил на 1533ЛА3, и проблема исчезла.

3. Купленный на aliexpress компаратор TL712CP (стоит на вводе программы с магнитофона) потреблял ток порядка 200 мА и сильно грелся. Пришлось его временно выкинуть. ИМХО выбор TL712 весьма неудачен - его найти даже в Москве практически невозможно, ни в корпусе DIP8, ни в корпусе SOIC8. Гораздо рациональнее было применить здесь обычный широко распространенный операционный усилитель наподобие LM158, LM258, LM358, LM2904, OP282 или любой другой аналогичный в корпусе DIP8.

Замена TL712 на LMV331

С покупкой на aliexpress компаратора TL712 меня преследовала полная неудача - покупал 2 раза, у разных продавцов, при чем каждый раз присылали неисправные компараторы, которые дико грелись и не хотели работать. В результате заказал компаратор LMV331 в миниатюрном корпусе SC70.

От старой материнской платы компьютера вырезал маленький кусочек размером 13x11 мм. Вырезаемый кусок выбрал так, чтобы на нем были некоторые дорожки, на основе которых можно сделать навесной монтаж. После этого спаял вот такую несложную схему включения LMV331, чтобы она соответствовала цоколевке TL712:

В корпусе негодного TL712 дремелем высверлил кристалл, и на термоклей приклеил сверху плату с собранной схемой. Что получилось, можно увидеть на фотографиях:

 

Такая замена компаратора сразу нормально заработала.

4. Прислали с aliexpress странный кварц с маркировкой 4.4BKSS4GT. Долго сомневался, что это именно кварц на частоту 4.433 МГц, и не решался его впаивать. Но потом оказалось, что все в порядке, частота нормальная.

5. Позиционные обозначение шелкографии на некоторых элементах оказались неразборчивыми, потому что попали на переходные отверстия. Пришлось сверяться с принципиальной схемой, чтобы точно определить размещение компонента на плате.

[Ссылки]

1. Harlequin Superfo ZX Spectrum clone.
2. Как заменить ROM в ZX Spectrum на EPROM.