Dit keer had ik het geluk om op een HAM beurs een ZX81 voor een prikje op de kop te tikken.
Dit is een straffe mini retro computer dewelke in 1981 op de markt kwam door Sinclair. Wil je graag meer weten over deze uitvinder, dan moet je zeker eens gaan kijken naar de film “the Micro Men” over de ontwikkeling van de eerste Sinclair ZX80 computer en de documentaire van de verschillenden uitvindingen van Sinclair.
Ik had heel wat geluk. De ganse set was nog compleet. Van transfo, cassettes met programma’s en 2 extra 16K RAM geheugens tot alle draden en zelfs programmeerboeken. Tijd dus om deze micro computer eens onder de loop te nemen 🙂
Na het inpluggen van de transfo in de computer en een RF kabel op de TV (die deze aansluiting nog heeft), was er weinig leven te bespeuren. Ik zocht op de aangegeven kanalen van de UHF band, maar er dook geen beeld op. Ik verwachte enkel van een grijs/zwarte letter “K” links onder in het beeld te zien, op een witte achtergrond.
Voorbeeld van wat ik verwachte op het scherm. De “K” van KEY, maar deze verscheen niet. Oeps.
Dan was het dus tijd om me in te lezen en het web af te schuimen naar oplossingen. Er is heel wat documentatie over deze 45 jaar oude computer. Dat is heel handig.
Check up van de trafo
Als eerste ben ik gaan uitzoeken of de transfo wel in orde was. Na 45 jaar kan er wel eens een elco stuk gegaan zijn (uitgelopen of bol staan).
De dikke elco heb ik nagemeten met een ESR meter van PEAK. Hiermee kan je in de schakeling, zonder de draden door te knippen, een meting doen op de ESR (de interne weerstand bij AC). De capaciteitswaarde kwam niet helemaal overeen, maar de ESR was zeer klein. Op zich dus prima. Voor de veiligheid heb ik de voeding met de scope nog even nagemeten. Opgelet, altijd een scheidingstrafo gebruiken vooralleer je op de AC kant meet van een transfo, aangesloten op het net. Volgende foto toont de rimpel. Het is een +/- 12V DC spanning die aangesloten zal worden op de ZX81. Merk op dat deze spanning dan via een 7805 direct omgezet wordt in 5V. De overtollige spanning wordt door de regelaar omgezet in warmte. Voor de zekerheid heb ik toch even deze elco verandert met een nieuwe.
Deze foto geeft weer hoe warm het wordt aan de 7805 (rode kader links onder). Dat voel je als je de computer even op laat staan. In die tijd mocht de computer niets kosten, want Sinclair wou vooral onder de 100 pond blijven. Dus het moest eenvoudig met zo weinig mogelijk componenten.
Ik heb de 7805 in een latere fase (nadat de video werkte) vervangen door een geschakelde voeding van Ali. De warmte dissipatie was nu lager, maar in de plaats hiervan ontstonden er flikkering en storing op het scherm. Mogelijk gaf deze voeding teveel EMC signalen af en stoorde uiteindelijk de rest. Slot som: gewoon terug de 7805 vast gesoldeerd.
Geen video? defecte RF modulator?
Na het verwijderen van de zwarte behuizing ben ik de handmatig gesoldeerde printplaat (in dit geval een zelf soldeerkit) eens van nader gaan bestuderen.
Volgende figuur geeft een propere versie weer van de ZX81 PCB. In werkelijkheid zag deze er niet zo netjes uit. Maar alles leek prima in orde, op het zicht. Geen gelekte elco’s. Toch werd aangeraden van enkele elco’s te vervangen, o.a. C3 en C5.
Deze figuur geeft een goed overzicht van de vele componenten op de PCB. Je vind dus wel heel wat info en tekeningen op internet 🙂
Ik heb na het aanpassen van de 2 elco’s de 5V spanning gemeten op verschillende plekken op de PCB (zeker aan elke chip). Zie zeker de service manual voor meer info van de elco’s.
Nu was het tijd om het video signaal te onderzoeken. Op de RF connector (de uitgang van de computer) vond ik geen signaal terug. Op de pin 16 van de ULA (een logische chip, CPLD, vol met schakelingen, gemaakt door Sinclairs designers) vond ik wel een signaal. Dus de CPLD deed het nog steeds. Ook de verschillende klokken op de print hadden nog steeds de juiste frequentie. Yes. Merk op dat ik niet ben uitgeweken naar de inhoud van de CPLD, dat is weer een ander verhaal 🙂
Dus de RF modulator was gewoon stuk. Geen signaal op de uitgang. Open maken die handel. In de kooi van Faraday zat een mooi schakeling gepropt. Ik heb de schakeling niet willen achterhalen omdat ik uiteindelijk geen RF aan de computer wou laten uitsturen. Ik heb op internet wat rondgezocht en kwam bij een interessante oplossing uit om een composiet video signaal (CVBS = Color Video Blanking Sync) uit te sturen. Dat signaal kan ik makkelijk via een CVBS naar HDMI omzetter naar een hedendaags scherm sturen.
555 of NAND schakeling als CVBS schakeling?
Hoe ziet een CVBS signaal eruit? Daarvoor moest er weer wat research en metingen gedaan worden.
Op kanaal 1 (geel) kunnen we het signaal zien dat uit pin 16 komt van de ULA. Het bevat het sync signaal, hier gevolgd door de data die op het scherm moet komen (nu nog maar de letter “K”). Op kanaal 2 (blauw) zit het signaal dat we wensen. Voor een CVBS signaal moet de data boven op het sync signaal zitten.
Dit is de elektor schakeling dewelke ik uiteindelijk heb gebruikt om van het RF signaal op pin 16 van de ULA een composite video signaal te maken voor het scherm. Hier maken we gewoon gebruik van een NAND poort 7400. Het signaal wordt even opgesplitst en gefilterd van elkaar, waarna het terug opgeteld wordt. Maar nu zit de data boven op het andere signaal ipv eronder. Met de potmeter regel je het signaal contrast af, tot je een mooie letter “K” op het scherm krijgt.
Ik heb tijdens mijn zoektocht ook nog een schakeling met een 555 gevonden. Hierbij werd er gebruik gemaakt van een online simulator “Falstad” om de schakeling te testen. Zeker de moeite waard om deze simulator een van kort bij te bekijken. Onderaan de figuur zie je hoe de ingang omgevormd wordt tot de CVBS uitgang. Ik heb de schakeling nagebouwd maar kreeg uiteindelijk niet het gewenste resultaat op het scherm.
Dit is de finale schakeling die is belandt in de RF modulator.
Je kan op het scherm de eerste letters zien van de ZX81. Voila, nu kunnen we onze BASIC weer bovenhalen en gaan leren programmeren. Ik vind het al bij al een knappe simpele micro computer voor die tijd. Merk op dat je een CVBS niet zomaar direct op een HDMI scherm kan aansluiten van een PC. Hiervoor heb ik eerst een gewone AV to HDMI converter gekocht. Nadeel hier was dat het aantal pixels die gegenereerd worden door de ZX81 veel minder zijn dan die van het HDMI scherm. M.a.w. er was gewoon niets te zien op het scherm, omdat de scaling fout zat.
Daarom heb ik dan een Retroscaler 2x moeten bestellen. Deze zet het CVBS signaal netjes om naar het gewenste HDMI signaal. Ook de nodige storingen kunnen hier gefilterd worden uit het schermbeeld. Dit toestel werk ook voor de C64 en ATARI.
Uittesten van het extra geheugen en een cassette recorder
Uiteraard heb ik ook even de cassette recorder ingang getest als data laad centrum voor de ZX81. Na de kabels correct te hebben aangesloten tussen mijn data recorder en de ZX81 kon ik een Sinclair cassette met enkele programma’s op inladen in het geheugen van de computer. Met een LOAD en SAVE commando kom je al ver 🙂
Ik merkte wel dat het niet makkelijk is om met een gewone audio cassette de data op te slaan en terug binnen te halen. Ik denk dat het volume van de opname goed open moet staan. Na enkele testen en een ingeslikte cassette band heb ik dit pad even opgegeven.
Daarna was de 16K RAM externe module aan de beurt. Gewoon inklikken (als de spanning uitstaat) en dan een programma met PEEK en POKE commando’s opzoeken, die vooral in het gebied van deze 16K geheugen werken. Zie hiervoor de standaard handleiding van de ZX81.
Tot slot heb ik me dan uiteindelijk er aangezet om wat te programmeren. Ik moet zeggen dat het wel even tijd kost om alle knoppen terug te vinden op dit klavier. Want je kan zelf geen commando’s met letters ingeven. Elk commando zit ergens op een toets. En elke toets heef 4 verschillende mogelijkheden. Het vraagt dus heel wat oefening en geduld om een eerste programma in te geven. Maar de aanhouder wint. Nu ben ik vooral benieuwd hoe ik met deze computer iets extern kan aansturen. Wordt vervolgt 🙂