„Gumiak” – reaktywacja, czyli stary dobry ZX Spectrum 48K dołącza do kolekcji.

Nowy rok za nami, licznik w dacie zmieniony, kalendarze na 2021 zawieszone, a postanowienia noworoczne zapisane. Pogoda nie rozpieszcza, zima z jesienią w mocnym zwarciu, ale już na szczęście coraz częściej bielą szarość okrytą widzimy. Słońca jak na lekarstwo, ale przynajmniej dzień coraz dłuższy i do wiosny już coraz bliżej. Ostatni sceptycy zimowej aury opony zimowe założyli i czekają na mróz dający potwierdzenie słuszności ich decyzji. 😉

W ogrodzie z racji śniegu, wzmożony ruch. Sikorkom coraz trudniej znaleźć pożywienie i darmowe ptasie SPA obłożenie ma 100%. 😉 Dochodzi czasem do awantur, gdy jakiś gość SPA nie chce go opuścić, a nowy właśnie przybył. Trochę wrzasków, ptasich epitetów, udowodnienie że „moja racja jest bardziej mojsza niż twojsza” i do następnej wymiany ptasiego turnusu spokój. Kot dalej próbuje swoich sił, ale po ostatniej wizycie, przepędzony przez psa na jakiś czas inny kierunek wycieczek obrał. 🙂

Drewno kominkowe w użyciu, w domach lodówki wymiecione, zapasy odbudowane, po świątecznych specjałach powrót do prostych dań kuchni włoskiej z pizzą na czele staje się trendem. 🙂 Resztki ciast z rodzynkami albo zjedzone albo w zamrażalnikach hibernowane. A propos rodzynków, dzisiaj mamy taki właśnie Rodzynek, rzekłbym nawet, że w świecie retrokomputerów można go śmiało nazwać „Rodzynem”. Chodzi tu o Sinclair ZX Spectrum. Komputer stworzony w założonej przez Sir Clive’a Sinclair’a firmie Sinclair Research. Jeżeli wierzyć źródłom to nazwa ZX pochodzi od dziadka naszego dzisiejszego bohatera: komputera ZX-80. „Z” i „80” pochodzi od użytego procesora Zilog Z80 a „X” oznacza tajemniczy składnik. „Spectrum” natomiast to już domena naszego „Rodzynka” czyli w odróżnieniu od pracującego w trybie monochromatycznym dziadka (ZX-80) i ojca (ZX-81) zachwyca nas pełnym spektrum doznań kolorystycznych serwując nam paletę 15 kolorów tworzonych w ten sposób, iż dla ośmiu podstawowych barw można włączyć podwyższoną jasność z tym, że czerń pozostaje czarna czyli liczba kolorów wynosi 8×2-1=15. Co ciekawe aby ograniczyć zużycie pamięci informacje o kolorze są zapisywane w postaci bitmapy 32×24, co przy rozdzielczości 256×192 daje nam obszary 8×8 pikseli, które dzielą ten sam kolor. Rozwiązanie to zostało nawet opatentowane.

Komputer został zaprojektowany przez Richarda Altwasser’a, a jego wygląd zewnętrzny przez przemysłowego projektanta firmy Sinclair: Ricka Dickinsson’a i miał swoją premierę 23 kwietnia 1982 roku. Od początku dużą wagę przywiązywano do jego atrakcyjnej ceny. Wersja z 16 KB RAM kosztowała 125 funtów (dzisiaj odpowiednik ok. 1750 PLN), a „wypasiona” wersja z 48 KB RAM – 175 funtów (co odpowiada dzisiejszym 2450 PLN). Ceny w porównaniu z konkurentami były znacznie niższe co zostało podsumowane hasłem reklamowym z czasu premiery:

„Less than half the price of its nearest competitor – and more powerful”.

Komputery ZX Spectrum stały się hitem, sprzedano ich w różnych wersjach 5 milionów egzemplarzy. Dla mnie był to komputer, który widziałem jako pierwszy, najpierw w programie popularno-naukowym „Sonda”, a następnie na żywo w Wyższej Szkole Morskiej w Szczecinie dzięki uprzejmości ojca jednego z kolegów (więcej na ten temat można przeczytać tutaj). Był marzeniem dla nas w tamtym czasie, wyposażony w Sinclair BASIC był maszyną, na której wielu z nas po raz pierwszy miało szansę zderzyć się z programowaniem tym bardziej, iż w latach osiemdziesiątych w prasie było sporo informacji na temat tego języka programowania. Wrócimy kiedyś do firmy Sinclair Research i jej założyciela, który był wizjonerem, wynalazcą, tworzył zminiaturyzowane urządzenia elektroniczne i był wielkim entuzjastą pojazdów elektrycznych. Sir Sinclair zdecydowanie wyprzedził swoje czasy dając światu produkty, na jakie jeszcze świat nie był w owym czasie gotowy.

Zróbmy krótką przerwę na przygotowanie kawy, pokrycie jej aromatem drogi z kuchni do wygodnej kanapy lub fotela i jak jesteście gotowi to jedziemy dalej. 🙂

Wracamy do naszego dzisiejszego bohatera. Zakupiony na aukcji, po przybyciu okazał się być wizualnie w bardzo dobrym stanie. To co uderza to mały rozmiar komputera i gumowa, membranowa klawiatura. Co ciekawe jest to klawiatura wielofunkcyjna, gdzie oprócz wpisywania znaków mamy jeszcze możliwość wpisywania całych komend języka BASIC za przyciśnięciem jednego klawisza.

Takie rozwiązanie miało swoich zwolenników i przeciwników. Z jednej strony pozwalało wpisywać komendy poprawnie, z drugiej strony początkujący spędzali dużo czasu szukając komendy na klawiaturze. W wersji ZX Spectrum +2 porzucono to rozwiązanie.

Komputer jest wyposażony w wyście TV (antenowe) do podłączenia domowego telewizora, złącze krawędziowe do podłączenia urządzeń zewnętrznych i rozszerzeń, gniazdo EAR do wczytywania programów z dowolnego magnetofonu i gniazdo MIC do nagrywania tychże programów. Zasilanie 9V DC podłączane jest do gniazda Jack-DC z odwrotną polaryzacją:  „-„ na pinie środkowym i „+” na zewnątrz.

Podłączmy zatem naszego 38-latka do zasilacza i TV i zobaczmy jak się miewa. Po uruchomieniu na ekranie telewizora komputer wita się z nami przedstawiając się. 😉 Widać, że obraz jest bardzo niestabilny, wskazuje to na kłopoty z układem zasilania spowodowane przez elektrolityczne kondensatory, których elektrolit po 38 latach albo wysechł, albo stracił swoje właściwości. Nie bez znaczenia jest tu także ciepło generowane przez komputer, które proces degradacji kondensatorów dodatkowo przyspiesza.

Sprawdźmy klawiaturę, niestety nie działa część klawiszy, co wskazuje na uszkodzoną membranę. Czas otworzyć komputer i zobaczyć jak wygląda wnętrze.

 Po rozkręceniu obudowy widać 2 taśmy łączące komputer z klawiaturą, solidny radiator stabilizatora napięcia i czystą, bez śladów wycieku czy korozji płytę komputera. Okazuje się, że jest to wersja 4A bez przeprowadzonej modyfikacji przetwornika napięcia, która tylko w niektórych wersjach tej płyty występowała. Rozbierzmy klawiaturę.

Na szczęście mamy do czynienia z blachą montowaną na zaginane zaczepy i dzięki temu omija nas rozklejanie, ponieważ inne wersje miały ją przyklejaną taśmą dwustronną. Po zdjęciu blachy i podniesieniu gumowej klawiatury, ukazuje nam się membrana.

Niestety na skutek ciepła generowanego przez radiator przez lata, membrana stała się bardzo krucha i doszło do uszkodzenia obydwu taśm łączeniowych.

Trzeba zamówić nową membranę. Udaję mi się zakupić produkt polskiej firmy Qwerty z Łodzi.

Przejdźmy do samej płyty, stan obrazu zdecydowanie wskazuje na konieczność wymiany kondensatorów elektrolitycznych. Ta płyta ma ich jedenaście. Wizyta w lokalnym sklepie elektronicznym pozwala na zakup zamienników. Powinny one mieć, poza identyczną znamionową pojemnością, takie same lub większe napięcie maksymalne pracy jak oryginały, ale z drugiej strony jeżeli mają je powyżej 16V to nie powinno być problemów w naszym Spectrum.

Zakupione kondensatory nie są osiowymi, gdzie wyprowadzenia są po obu stronach kondensatora (niejako w jego osi), ale radialnymi (wyprowadzenia po jednej stronie). Z tą kwestią  poradzimy sobie bez problemu. Zacznijmy zatem od wylutowania kondensatorów. Najpierw sprawdźmy gdzie jest ich wyprowadzenie dodatnie i ujemne (czasami zdarzało się nieprawidłowe oznaczenie na płycie i najlepiej kierować się tym, jak oryginalny kondensator został wlutowany). Podgrzewamy cynę z jednej strony i albo wyciągamy szczypcami nóżkę, albo najpierw usuwamy cynę odsysaczem, a potem wyciągamy samą nóżkę.

Po wyjęciu 1 lub 2 kondensatorów przystępujemy do wlutowania nowych (nie polecam wylutowania wszystkich na raz, bo może się okazać, iż nowe wlutujemy niewłaściwie). Nasze zamienniki musimy teraz przystosować do osiowego montażu.

W tym celu szczypcami wyginamy wyprowadzenia, tak aby dało się je zamontować z dużo większym rozstawem jednocześnie zwracając uwagę aby nóżki po zamontowaniu nie dotykały ścieżek i innych elementów elektronicznych. Wyprowadzenia można też zabezpieczyć izolacją termokurczliwą przed wlutowaniem.

Po wylutowaniu i wlutowaniu 11 kondensatorów i sprawdzeniu: czy nie ma zwarć na lutach i nóżkach, czy polaryzacja jest prawidłowa oraz wyczyszczeniu miejsc lutowania alkoholem izopropylowym możemy proces uznać za zakończony. 🙂

Kolejnym elementem zdecydowanie zwiększającym żywotność komputera (kondensatory, membrana) jest wymiana liniowego stabilizatora napięcia napięcia 5V DC, układu 7805 na nowoczesny o zdecydowanie większej sprawności (ponad 90%) powodującej, że układ generuje bardzo mało ciepła i może pracować bez radiatora nawet w 85 st.C. Wybór pada na przetwornik napięcia DC-DC firmy Traco Power: TSR 1-2450. jest on w stanie generować napięcie wyjściowe 5V dla napięć wejściowych z zakresu: 6,5-36V. Ma też ten sam rozstaw i układ wyprowadzeń więc nie powinno być problemu z montażem. W przypadku stabilizatora liniowego 7805 moc wydzielaną, którą trzeba rozproszyć w postaci ciepła na radiatorze można wyliczyć ze wzoru: P=(Uwe-Uwy)*I. Przy założeniu, że Uwe = 10V Uwy 5V i prąd np. 0,3A, moc cieplna wyniesie P=(10V-5V)*0,3A = 1,5W. Tego problemu nie mamy w przypadku układu Traco Power i możemy całkowicie zrezygnować z radiatora.
Aby wymienić stabilizator odkręcamy śrubę, wyjmujemy radiator i wylutowujemy układ.

Następnie wlutowujemy w to miejsce układ TSR pamiętając iż nóżki, patrząc od strony napisów w obu układach to od lewej: 1-Uwe, 2-Masa (GND), 3- Uwy.

Po wymianie układu czas na obejrzenie zasilacza. Ten typ jest prostym zasilaczem z transformatorem kształtkowym, układem prostującym napięcie (mostek Graetz’a) i kondensatorem wygładzającym o pojemności 4700µF (mikro Faradów).

Maksymalny prąd to 1400mA. Uderzająca jest prostota tego rozwiązania. Pomiary napięcia w stanie bez obciążenia dają wynik na poziomie 15V. Jak to się ma zatem do znamionowego 9V? Otóż pod wpływem obciążenia napięcie to spada. Można zatem przyjąć, że ten zasilacz jest niejako zaprojektowany do tego modelu komputera. Oczywiście takie napięcie musi być stabilizowane w komputerze. Osobiście stabilizowałbym również napięcie w zasilaczu, ale cóż takie założenie poczynili projektanci. W naszym zasilaczu widać że ktoś przelutowywał kabel i brakuję odgiętki. Zróbmy zatem porządek. Wylutowujemy przewód i skracamy go.

Z izolacji termokurczliwej robimy odgiętkę zabezpieczając dodatkowo przewód przed wyrwaniem lub wepchaniem do środka.

Montujemy zasilacz ponownie i całość czyścimy płynem do szyb. Miejsca nierówne (napisy) możemy oczyścić np. szczoteczką do zębów.

Po wyczyszczeniu, całość pokrywamy Protectant’em Mat firmy K2 i czekamy aby tworzywo wchłonęło część środka.

Następnie polerujemy obudowę mikrofibrą.

Obudowa odzyskuje dawny blask i dodatkowo jest zabezpieczona przed promieniowaniem UV, którego zazwyczaj tworzywa sztuczne nie lubią 🙂

Czas wykonać test. Podłączamy zasilacz i…

…obraz pojawia się, ewidentnie jest po wymianie kondensatorów lepszej jakości, jednak komputer nie inicjalizuje się i nie wita nas tak ochoczo jak wcześniej. O co chodzi? Czy coś zrobiliśmy nie tak? Zwarcie na płycie, wadliwy kondensator, a może niewłaściwa jego polaryzacja? A może nowy regulator napięcia jest niesprawny? Najpierw sprawdzamy kondensatory, montaż, ewentualne zwarcia – wszystko ok. Następnie badamy nasz nowy regulator mierząc wartość napięcia na jego wyjściu – idealne 5V. Hmmm… Szukamy dalej.

Układ przetwornika napięcia ZX Spectrum jest zaprojektowany tak aby z napięcia 9V DC wchodzącego do komputera uzyskać napięcia wyjściowe:

• +5V (to załatwiał nam stabilizator liniowy 7805) -> do zasilania układów logicznych, ULA i modulatora sygnału antenowego do TV
• +12 V, -5V -> do zasilania pamięci dynamicznych RAM
• +12 V A -> do układu modulowania obrazu TV: LM 1889. Napięcie to w zamyśle ma być wolne od zakłóceń generowanych przez układy pamięci dlatego jest osobno wytwarzane.

Jako że modyfikowaliśmy układ zasilania, trzeba sprawdzić jakie napięcia mamy na wyjściu tego układu:

Napięcie nominalne	dopuszczalny zakres	wynik testu
+5V	+/- 0,25V	ok
-5V	-5.5V do -4V	0,3V !
+12V	+/- 1,2V	ok
+12V A	+/- 1.2V	ok

Mamy punkt zaczepienia, brakuje napięcia -5V i to by wyjaśniało dlaczego komputer nie startuje. Co się stało? Odpowiedź jest banalna. Powodem jest nasz zasilacz. Jest on tak zaprojektowany, że jego napięcie zależy od obciążania (brak stabilizatora napięcia) i napięcia wejściowego. Przy minimalnym napięciu 215 V prądu zmiennego (AC) i pobieranym maksymalnym prądzie 1400 mA napięcia stałego (DC) na wyjściu nie powinno być mniej niż 7V. Przy maksymalnym napięciu wejściowym 265 V AC i prądzie 600 mA napięcie wyjściowe nie powinno być większe niż 14V. Nasz zasilacz w stanie jałowym (bez obciążenia) daje napięcie 15V, przy podłączeniu komputera spada ono do poziomu 13,4V. Nasz nowy regulator napięcia sprawił, iż prąd pobierany jest mniejszy (nie ma wytracania energii na radiatorze), stąd napięcie uzyskiwane z zasilacza jest wyższe. Układ przetwornika napięcia zamontowany w naszej wersji płyty nie wchodząc w szczegóły techniczne ma tą brzydką cechę, że jeżeli napięcie zasilające podniesie się ponad 11,9V to przestaje generować wymagane dla pamięci RAM napięcie -5V. Co należy zrobić w tej sytuacji? Zmniejszyć napięcie wejściowe, a najlepiej je ustabilizować na poziomie 9V. Po podłączeniu do zasilacza laboratoryjnego z wymuszonym napięciem 9V komputer rusza! Wita nas po dłuższej śpiączce swoim wesołym: „© 1982 Sinclair Research Ltd.” 🙂

Co zrobić dalej, nie da się przecież pracować na „wielkim” zasilaczu laboratoryjnym. Mamy trzy rozwiązania:

1. modyfikację oryginalnego zasilacza dodając mu układ stabilizujący napięcie,
2. zmodyfikownie układu przetwornika napięcia na płycie komputera (duża ingerencja),
3.  najprostsze – zakup zasilacza impulsowego 9V.

Ja wybrałem tę ostatnią opcję. Ale o tym i jeszcze jednej modyfikacji mającej na celu uzyskanie zespolonego sygnału wizji (ang. Composite Video) oraz o wizycie ZX Spectrum w „łaźni” i u “manicurzystki” 😉 (montaż nowej membrany klawiatury) opowiem w następnym wpisie.

Trzymajcie się ciepło, polecam spacer weekendowy najlepiej do lasu. 🙂 Dbajcie o siebie i pamiętajcie wiosna już blisko!