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8-Bit Generation: Der ZX81 oder Timex Sinclair 1000

Sinclair Timex 1000

Ein neues Exemplar aus der 8 – Bit Computer Ära hat Einzug in meine kleine Sammlung gehalten. Ein Timex Sinclair 1000 – ein 8Bit Heimcomputer der 80er Jahre auf Basis des Sinclair ZX81. An dieser Stelle möchte ich mich bei Herrn Roland Pufitsch recht herzlich bedanken. Er hat mir den Timex 1000 als Spende zur Verfügung gestellt – Vielen Dank.

Der Timex Sinclair 1000 oder auch TS1000 ist das Ergebnis eines Joint Ventures des Herstellers Sinclair Research Ltd. und der Amerikanischen Timex Corporation. Das Gerät basiert auf dem Sinclair ZX81 und ist auch vollkommen kompatibel zum Z81 und gilt als die nordamerikanische Version des ZX81. Auch die technischen Daten unterscheiden sich kaum. Lediglich der Speicher wurde mit 2kB doppelt so groß ausgeführt wie beim ZX81.

Veröffentlicht und verkauft wurde der TS1000 im Juli 1982 zu einem Preis von unter 100$. Er galt damals als der günstigste Heimcomputer. 1983 wurde die Produktion dieses Modells dann wiedereingestellt. Die technischen Daten gleichen denen des ZX81.

Mainboard des TS1000

CPU:                         Zilog Z80 mit 3.25 MHz Taktfrequenz
Speicher:                2kB, erweiterbar auf max. 64kB
Anschlüsse:           Audio In, Audio Out für den Datenrecorder
Memoryslot für die Speichererweiterung
RF-Modulator Ausgang (Kanal VHF 2  oder 3)
Auflösung:              22 x 32 Zeichen
Ton:                             nicht vorhanden
Betriebssystem:  BASIC Interpreter im ROM

Auf dem Mainboard sind gerade einmal vier ICs verbaut, ein HF-Modulator und die Peripherie für die Spannungsstabilisierung und -versorgung, sowie die IO – Anschlüsse für den Datenrecorder und die Federleisten für die Folientastatur. Die verbauten IC´s sind folgende:

CPU:  der Zylog Z80 Prozessor (in vielen Modellen ein NEC Z80 mit der Bezeichnung D780C-1 im 40Pin Plastik DIP – Gehäuse

ULA: ein Custom IC mit der Bezeichnung ULA 2C21 0E. Dieser Chip ist die ULA des ZX81 und Timex1000 (Uncommited Logic Array). Dieser IC generiert den 6,5 MHz Takt von dem eine 3.25 MHz Clock für den Prozessor geteilt wird. Er managet die Audi IN und Audio OUT Datensignale zum Datenrecorder. Er generiert den Synchrontakt für die Videoausgabe. Er handelt die Tastaturmatrix und steuert den ROM und RAM Zugriff. Dieser Customchip ist heute in einer FPGA, oder CPLD Nachbildung erhältlich, bzw. wird der VHDL Code dafür in entsprechenden Foren veröffentlicht und kann selber synthetisiert werden.

ROM: der Chip mit der Bezeichnung ZCM38818 ist der ROM Baustein der den Basic Interpreter beherbergt. Alternativ kann hier auch ein 2364 8kbit Prom verwendet werden.

RAM:  als Ram ist hier entweder ein 2kB DRam Chip oder ein 1kB DRam verbaut (Mostek MK4801/MK4118)

Bei dem hier vorliegenden Modell stand nun eine erste Inspektion an. Dabei ist mir gleich eine DB9 Male – Buchse aufgefallen, die nachträglich eingebaut wurde. Nach dem Öffnen des Gehäuses ist mir schnell aufgefallen, dass das Flex Kabel der 5poligen Tastaturfolie vollständig abgebrochen ist. Und genau diese fünf Pins der Federleiste, in die das Flex Kabel gesteckt ist, sind mit der DB9 Buchse verbunden. Es hat hier anscheinend eine externe Reparaturlösung für das defekte Keyboard gegeben. Die DB9 Buchse könnte aber auch eine Nachrüst-Joystick Lösung gewesen sein, denn auch eine +5V Leitung war zur Buchse geführt. In diesem Fall egal. Ich wollte das Gerät in einen annähernd originalen Zustand versetzen. Dazu musste erst einmal die 9polige Sub-D Buchse heraus.

Nachträglich eingebaute SUB-D Buchse
Abgebrochenes Flexkabel zur Folientastatur

Die Buchse war schnell ausgebaut und die Drähte entfernt. Jetzt ging es daran, das Flex Kabel zu retten. Die einfachste Möglichkeit wäre natürlich, eine neue Folientastatur zu erwerben, und diese dann einzubauen. Aber hier ist das Kabel knapp ober dem Stecker gebrochen und ich dachte mir, es wäre einen Versuch wert, einfach mit der verbleibenden Länge des Flex Kabels auszukommen. Dazu habe ich das Kabel am gebrochenen Ende einfach wieder gerade geschnitten, mit ein wenig Captan-Tape verstärkt und wieder in die Federklemmleiste eingesteckt. Die auf den Kunststoffträger aufgebrachten Leiterbahnen sind sehr dünn und empfindlich. Man sollte hier auch nicht versuchen zu Löten und die Leitungen mit einer Lötverbindung zusammenzufügen.

Das abgebrochene Stück Flexleitung neben der Zuleitung zur Folientastatur
der zugeschnittene verbleibende Rest

Nachdem die Tastatur nun wieder funktionieren sollte, wurden auf dem Mainboard die obligatorischen Arbeiten, wie Elkotausch und Prüfen der Spannungsversorgung durchgeführt. Eine kleine Änderung, die sich funktionell vom Originalzustand unterscheidet, ist der Umbau des Antennenausgangs auf einen Videoausgang. Hierzu wird der HF-Modulator lahmgelegt. Das bedeutet, die +5V Versorgung zum Modulator wird getrennt, die Leitung zum Signalpin der HF-OUT Buchse getrennt und ebenso die vom Mainboard kommende VBS-Leitung (also das Videosignal). Die nun offene Videoleitung wird über einen 100µF Elko zur ehemaligen HF-Out Buchse geführt und ist somit DC-mäßig entkoppelt.

RF-Modulator ohne Deckel
Trennen der Leitungen
Einbau des Koppelkondensators

Danach folgte eine erste Inbetriebnahme. Das Videosignal wurde an einen Multinormen-Monitor angeschlossen und das vorher überprüfte 9V Netzteil an die Buchse für die Spannungsversorgung.

erster Funktionstest

Das Ergebnis war äußerst positiv. Das Einschaltbild erschien sauber auf dem Bildschirm. Die Tastatur funktionierte ebenfalls einwandfrei. Jetzt bleibt nur noch, die Bohrlöcher und Öffnungen der SUB-D Buchse sauber zu verschließen und dann kann das Gerät wieder zusammengebaut und in die Vitrine gestellt werden…

 

 

8-Bit Generation: Der Sinclair ZX-Spectrum

 

Der ZX-Spectrum von SInclair

Am 23.April 1982 ist der Sinclair ZX Spectrum von der Firma Sinclair Research auf den Markt gebracht worden. [Quelle: Wikipedia] Er wurde damals zu einem Preis von umgerechnet 140 Euro bzw. 194 Euro verkauft. Die zwei Preise beziehen sich auf die 16kByte Version bzw. auf die 48kByte Version.  16kByte und 48kByte sind die Größen des RAM-Speichers mit der die Rechner ausgestattet wurden. Der ZX-Spectrum ist der Nachfolger der Sinclair ZX81 und der Vorgänger des ZX-Spectrum Plus und Sinclair QL.

Der kleine Rechner (die Abmessungen betragen  gerade einmal 23.5cm *14.5cm*3cm) wird von einer Z80A CPU angetrieben, die mit 3.5MHz Taktfrequenz arbeitet. Die ULA (Uncommitted Logic Array) ist der größte Chip auf dem ZX-Mainboard. Sie ist verantwortlich für die Grafik, die Audio IO´s (für das Laden und Speichern der Programme auf Kassette) und für die Keyboardeingaben. Dann befinden sich, je nach Ausführung noch die DRAM-Chips (Upper und Lower RAM) auf dem Board und noch ein ROM – IC, der den BASIC Interpreter beherbergt. So schafft es der kleine Rechner bunte Grafiken auf den Bildschirm zu zeichnen und das mit einer Auflösung von 256 x192 Pixeln bei 15 Farben. Die Bildausgabe wird über einen eingebauten RF-Modulator an den Antenneneingang eines Fernsehers gesendet. Mit Bildausgabe meine ich aber wirklich nur das „Bild“, denn für den Ton wird nicht der Audiokanal der TV-Gerätes benutzt. Dafür gibt es am Mainboard einen kleinen Lautsprecher, der die Geräusche des Rechners ausgibt. Die wiederum werden nicht wie etwa beim C64 in einem eigenen Chip (SID-Chip) erzeugt und das noch in mehreren Stimmen – nein dafür wird der MIC/TAPE Pin der ULA verwendet, der den Lautsprecher einfach über einen Transistor an 5V schaltet. Damit können dann einfache „Beep-Geräusche“ erzeugt werden. Aus heutiger Sicht betrachtet, ist das natürlich gar nichts Besonderes, aber für all jene, die damit in Ihrer Kindheit konfrontiert waren, sind bestimmt auch einige Erinnerungen damit verbunden. So eben auch für mich. Ich hatte damals zumindest die Möglichkeit, zusammen mit meinem Bruder ein solches Gerät von einem Freund ausleihen zu dürfen. Darauf wurde dann natürlich – wie kann es anders sein – gespielt. Titel wie „Manic-Miner“,  „Ant-Attack“ oder Flight-Simulator, gehörten zu den am häufigsten geladenen Kassetten. Ja – Kassetten. Zu der Zeit war es üblich, die Programme auf einer Audiokassette zu kaufen. An den ZX-Spectrum wurde ein einfacher Kassettenrecorder über die Kopfhörerbuchse angeschlossen und über die Gummitasten des ZX der Befehl LOAD „“ eingegeben. Dann musste man am Kassettenrecorder nur mehr Play drücken und es konnte losgehen. Voraussetzung war natürlich, dass die Bandgeschwindigkeit und der eingestellte Lautstärkepegel passte. Nur dann war das Laden des Programmes erfolgreich und das Spiel startete. Die Ladezeiten betrugen je nach Programm von zwei bis oft über zehn Minuten.

Datenrecorder zum Laden und Speichern von Programmcode

In meiner 8Bit – Retrorechner Sammlung fehlte bis jetzt die komplette Serie der Sinclair Rechner, doch endlich konnte ich ein Schnäppchen machen und ein ganzes Set mit ZX-Spectrum, Joystickmodul, einem Datenrecorder und vielen originalen Spielekassetten erwerben. Die Aufbereitung und Restauration des ZX möchte ich hier kurz beschreiben. Wenn man einen Rechner mit unbekannter Vorgeschichte, der sicherlich die letzten 30 Jahre in irgendeinem Keller herumgelegen hat, in die Hände bekommt, so sollte man keinesfalls versuchen, ihn direkt in Betrieb zu nehmen. Falls er es nicht ohnehin schon ist, könnte das dann sein Tod sein. Denn wie immer gibt es darin einige Teile, die altern und ihre Parameter ändern können. Es könnte auch jemand vorher darin herumgebastelt haben um etwas zu reparieren oder umzurüsten.  In diesem Fall war das Gehäuse zwar staubig und schmutzig, aber es gab keine fehlenden Schrauben, Dellen oder von außen ersichtliche Nachrüstungen, wie Taster oder Stecker. Also konnte ich die Gehäuseschrauben lösen.

Die Tastaturfolie war schnell aus den Klemmbuchsen gezogen und der Deckel mit den Gummitasten entfernt. Jetzt offenbarte sich das Innenleben des Spectrum – und was soll ich sagen – 1A. Alles im Originalzustand. An dem Gerät wurden noch keine Reparaturen oder Basteleien durchgeführt. So begann ich zuerst mit der Reinigung der Gehäuseteile. Die Tastatur ist einfach zu zerlegen. Bei dieser Revision des Spektrums (ISSUE 4A) ist das Blech, das die Gummimatte im Gehäuse hält, mit vier „Messing Biegenasen“ befestigt. Diese lassen sich leicht zurückbiegen und das Blech entfernen. 

Frontblech und Gummitastenmatte enfernt
freigelegte Tastaturfolie

Die Gehäuseteile waren jetzt ganz einfach zu reinigen. Ich habe sie mit Seife unter lauwarmem Wasser gespült. Auch die Rückstände zwischen den Tasten der Gummimatte ließen sich so leicht entfernen. Während die Teile jetzt zum Trocknen beiseitegelegt wurden, widmete ich mich dem Mainboard.

Mainboard des ZX-Spectrum 48K Issue 4A

Hier waren alle Lötstellen sauber, keine Spuren von Fremdeingriffen und alle Teile noch im Originalzustand. Also konnte ich direkt mit den ersten Prüfungen beginnen. Mit einem Ohmmeter wurde zunächst auf Kurzschlüsse im Bereich der Spannungsversorgungen geprüft. Wenn man sich die Schaltpläne des Spektrums ansieht, so kann man schnell erkennen, dass der Rechner mit einer Eingangsspannung von DC9V versorgt wird. Wobei hier die Belegung der Netzteilbuchse zu beachten ist. Hier ist der Plus-Pol nicht der innere Stift, sondern der äußere Ring des Steckers. Dies ist besonders wichtig, wenn das originale Netzteil nicht mehr vorhanden ist und man einen Ersatz nimmt. Der weitere Aufbau des Versorgungskonzeptes ist wie folgt: Aus den 9VDC wird über einen Linearregler 7805 die +5V Versorgung gemacht. Über eine DC/DC- Converter Schaltung bestehend im Wesentlichen aus den Komponenten TR4 und TR5 und einem kleinen Transformator (Zylinderspule mit zwei Wicklungen), werden eine 12VDC und weiters eine -5VDC Spannungsversorgung generiert.  Diesem Bereich gilt eine besondere Aufmerksamkeit, denn hier kann eine falsche oder fehlende Spannungsversorgung weitere Bauteile (insbesondere die DRAM-ICs) beschädigen. Dazu sind mit einem Dioden Tester die Transistoren auf ihr Durchlass- und Sperrverhalten der PN-Übergänge zu prüfen. Den kleinen Übertrager testet man am einfachsten mit dem Ohmmeter auf niederohmiges Verhalten der jeweiligen Wicklung und auf ein hochohmiges Verhalten zwischen Primär- und Sekundärwicklung. Ist hier alles in Ordnung testet man noch den Ausgang jeder der drei Spannungsquellen gegenüber dem Masse 0V Potential. Hier sind folgende Richtwerte zu messen:

  • Eingang des Linearreglers (9V) gegen GND -> ca. 100k-150k
  • Ausgang des Linearregler (+5V) gegen GND oder an Pin9 des RAM ICs -> ca. 300 – 500 Ohm
  • Pin1 des RAM ICs (-5V) gegen GND -> ca. 300 Ohm (im 400Ohm Messbereich)
  • Pin8 des RAM ICs (12V) gegen GND -> ca. 2.6k bis 2.8kOhm
Elektrolytkondensatoren erneuern

Im nächsten Schritt werden die über 30 Jahre alten axialen Elektrolytkondensatoren getauscht. Dies ist eine reine Vorsichtsmaßnahme, denn wie allseits bekannt, ändern diese Teile gerne ihre Werte mit der zunehmenden Alterung oder laufen aus. Und was ausgelaufene Elektrolyten so alles anrichten können, habe ich ja schon in älteren Beiträgen gezeigt. Um dem ZX also wieder ein längeres Überleben zu ermöglichen, werden alle Elkos getauscht.

die alten Elkos
Mainboard mit neuen radialen Elkos

Sind diese Arbeiten erledigt, dann beginnt jetzt der spannende Teil. Die Spannungsversorgung wird eingeschaltet. Am besten man versorgt den ZX über ein Labornetzteil mit einstellbarer Strombegrenzung. Er darf nach dem Einschalten nicht mehr als 750mA bei 9VDC nehmen. Passt auch das, können die Spannungen (am besten an einem der Lower RAM-ICs gemessen werden). Hierbei sollte an PIN1 -5V, an PIN9 +5V und an PIN8 12V gemessen werden.

Umbau des RF-Modulators auf Videoausgang

Um den ZX-Spectrum auch an ein Sichtgerät anschließen zu können, gibt es den RF-Modulator, der das intern generierte Composit-Videosignal auf einen UHF – Kanalträger moduliert, um damit einen klassischen analogen TV zu bedienen. Da Fernsehempfänger mit analogem Tuner mittlerweile kaum mehr vorhanden sind, aber viele TV zumindest einen SCART oder Videoeingang besitzen, wird der RF-Modulator des ZX-deaktiviert. Die ehemalige Antennenbuchse wird zu einem Videoausgang umfunktioniert. Zuerst werden die beiden Drähte, die aus dem Modulator herauskommen vom Mainboard abgelötet. (Dies sind +5V und CVBS).  Dann wird innen im Modulator der Pin des Widerstandes vom Innenleiter der Antennenbuchse abgelötet und weggebogen. Somit ist der Modulator von der Schaltung komplett getrennt. Jetzt muss nur mehr der CVBS Ausgang vom Mainboard über einen Kondensator an den inneren Stift der Buchse gelötet werden. Der Kondensator sollte dabei um die 100uF haben. Er dient als DC-Entkopplung des Signals.

Wenn das alles erledigt ist, dann kann jetzt angeschlossen und eingeschaltet werden. In meinem Fall war es ein voller Erfolg. Der Sinclair meldete sich sofort mit seinem grau hinterlegten Einschaltbild „(c) 1982 Sinclair Research Ltd

Als nächstes versuchte ich ein altes Originalspiel (Backgammon) über den Kassettenrecorder (Datarecorder) in den ZX zu laden. Das klappte vorerst nicht. Manchmal wurde ein Teil geladen, dann wieder nicht und es kam zu „Tape Error“ Meldungen. Also wurde der Kassettenrecorder auch noch schnell überholt. Ein neuer Riemen sorgte für einen besseren Gleichlauf des Bandes und eine Kopfreinigung für schönere Pegel des Ausgangssignals. Doch auch jetzt klappte das Laden noch nicht. (das erinnerte mich doch stark an die damalige Zeit, wo oft sehr lange versucht wurde ein Spiel zu laden) Also sah ich mir mit dem Oszi das Ausgangssignal an und vor allem die Periodendauer des Initalsignals (der erste Pfeifton am Band 🙂 )

Einstellung der Bandgeschwindigkeit

Hier war es, das Problem. Die Frequenz des Initalsignals lag bei ca. 890-910Hz. Das bedeutet das Band läuft viel zu schnell. Das Problem ist schnell behoben. Fast jedes Kassettenlaufwerk hat ein kleines Poti mit dem man die Bandgeschwindigkeit des Servoantriebes einstellen kann. Auch so in diesem Fall. Die Frequenz sollte so um die 800Hz liegen. Das Ergebnis war dann folgendes:

 

Hier ist das Programm aus mp3 Datei: Backgammon