En esta ocasión os muestro un montaje que hice en 2019.

¿Qué es el Harlequin?

Se trata de un circuito que con componentes actuales es capaz de crear un clon del Sinclair ZX48K con compatibilidad casi total con todo el software y hardware del Spectrum original.

Esto resulta útil para aquellos que no tuvieron la máquina original en los años 80, o para aquellos  que si la tienen pero ya no les funciona. Este clon comparte las dimensiones del circuito original por lo que es fácil abrir la caja de nuestro spectrum  (averiado o no) y sustituir la placa por este clon.

Ofrece algunas ventajas:

1. Es más económico que el Spectrum original en los años 80.
2. Prescinde del modulador de video, y en su lugar usa señal  de video compuesto o bien tambien RGB, que a través del euroconector del TV da una calidad de imagen infinitamente mejor.
3. Tiene un consumo mucho más bajo y el regulador no necesita disipar energía, con lo que el circuito practicamente esta totalmente frio.
4. Carece de customs chips como la famosa ULA de ferranti por lo que en caso de reparación es fácil encontrar un chip de reposición.
5. Todos los integrados de montan sobre zócalos por lo que evitamos engorrosas y peligrosas tareas de desoldadura a la hora de repararlo.
6. Con la EPROM 27C256 que trae el kit podemos usar la ROM estándar u otra alternativa cambiando un jumper. Si quisieramos podriamos escribir una ROM personalizada regrabando la EPROM.
7. Con un jumper podemos seleccionar que la señal de vídeo compuesto sea compatible con las norma americana NTSC.
8. Los niveles de entrada en la toma EAR son mas bajos que en un Spectrum original, por lo que podemos usar nuestro móvil, reproductores MP3 o periféricos como el tzxduino para cargar programas en lugar de un reproductor de cassettes.

Un poco de historia y agradecimientos.

Para empezar los agradecimientos a las 2 personas que con su trabajo y dedicación han hecho posible que hoy existan estos clones; a Christopher David Smith y a Superfo (ver serigrafía del PCB)

¿Que han hecho para que harlequin exista?

El primero Chris Smith hizo ingeniería inversa al custom chip ULA de ferranti que es el lo que da sus características al Spectrum, ya que es el responsable de muchas funciones del Spectrum, como la imagen en pantalla, su resolución, colores, sonido, color del borde, lectura de teclado, interface de cassette, gestión de la memoria de video y contención del Z80 entre otras cosas. No existía documentación por parte de Ferranti y tampoco la ULA existía como repuesto; así que Chris se las apañó mediante imágenes de microscopio electrónico sobre ULAs reales para desensamblar cada puerta lógica del chip y entender como hace cada una de sus funciones.

Luego ha creado una implementación mediante un CPLD o FPGA de la ULA y ha probado esta sobre un Spectrum  real, consiguiendo que funcionara.

Para mas información leer el libro que publicó al respecto «The ZX Spectrum Ula: How to Design a Microcomputer«, que yo sepa solo existe en Inglés.

El segundo «Superfo» en base a lo anterior ha desarrollado una serie de placas que clonan al spectrum con diferentes mejoras en las muchas versiones que ha ido creando. Yo mismo he adquirido algunas, la última una versión del 128K.

Las ha ido compartiendo en diferentes foros y gracias a él se han podido organizar tiradas de placas entre varios usuarios para abaratar costes.

También existen vendedores que preparan los kits y los venden.

Es por ello que a ambos les doy las gracias.

En esta entrada describo como he ido montando el harlequin rev. G.

En la zona de descargas comparto aquello que ha compartido superfo, gerbers, esquema etc.

Veamos el esquema:

Respecto al esquema puedo solo comentar que es bastante complejo de seguir. A fin de cuentas de los 45 integrados que tiene la placa, 41 son de la serie 74HC y están implementando el equivalente de la ULA de ferranti. El resto son circuitería de vídeo y RGB, conexiones EAR y MIC, alimentación, altavoz, conexiones de teclado, memoria RAM, EPROM y CPU. Para entender la implementación de la ULA tendríamos que estudiarnos el libro de Chris.

Los Layouts y colocación de componentes están el pdf suministrado por Superfo en la zona de descargas.

PCB cara de componentes:

PCB cara de soldaduras:

Así que sin mas preámbulos veamos los elementos de montaje.

Elementos de montaje:

Iniciemos el montaje:

Por norma general a la hora de montar un circuito yo empiezo por los componentes mas bajos primero y después con los mas altos. Luego dentro de cada tipo de componentes acostumbro a empezar por aquellos cuya cantidad es mas numerosa; para esto es útil las lista de componentes (BOM, ver descargas).

Así que empecemos por las resistencias. Estos componentes no tienen polaridad, pero por estética se suele seguir la norma de dejarlas soldadas de modo que en posición horizontal la banda de tolerancia quede a la derecha, y si están en vertical que quede dicha banda en la parte inferior. Si te equivocas y no queda así, no lo desueldes, no vale la pena. Si te equivocas de ubicación desde luego que hay que desoldar y llevarlas a su ubicación correcta como en el caso de todos los demás componentes:

Luego seguimos con los condensadores. Hay que tener especial cuidado con los de tantalio (amarillos) ya que tienen polaridad y no se pueden colocar al revés. Los cerámicos o de lenteja no tienen polaridad, se pueden colocar como se quiera.

Ahora le toca el turno a los semiconductores discretos (diodos, transistores y puente rectificador), al regulador de tensión y el generador de señal de vídeo AD724.

En este caso hay que respetar escrupulosamente su posición y polaridad. En los diodos la banda negra indica la posición del terminal negativo o cátodo:

Este aunque es un paso opcional, es recomendable ya que podríamos soldar los circuitos integrados directamente al PCb (como en el Spectrum original) y ahorrar dinero; sin embargo a la larga es mejor gastar algo mas y colocar zócalos, ya que estos nos permiten sustituir fácilmente integrados averiados sin necesidad de desoldar y soldar y así no nos arriesgamos a levantar alguna pista del PCB.

Veamos la ubicación de los zócalos:

En la siguiente galería de muestra la colocación de las tiras de pines y puentes:

Ahora llega el turno de otos componentes discretos como condensadores electrolíticos (ojo a la polaridad) que si son altos colocaremos tumbados; cristales de cuarzo, otros conectores. bobina. redes de resistencias (también tienen una única posición), y el altavoz:

En último lugar ya nos toca insertar los circuitos integrados. Puesto que hay muchos, hay que tener especial cuidado en su posición y ubicación. Otro tema delicado es que cuando vienen de fábrica los pines vienen inclinados (abiertos) y no encajan con los pines perpendiculares de los zócalos o con los agujeros del PCB (si los soldamos directamente al PCB). Es por esto por lo que tenemos que doblar todos los pines de cada una de las filas apoyando el circuito integrado contra la mesa y ejerciendo presión hasta que queden paralelos, o bien usar una herramienta para este fin.

Tambien colocaremos los conectores para la membrana del teclado del Spectrum, como en mi caso no la voy a usar, sino que voy a usar un teclado mecánico (Teclado mecánico para el ZX Spectrum gomas.) conectare dos tiras de pines acodados:

Descargas:

PDF de superfo con PCBs, Layouts y esquema

Ficheros Gerber (por Superfo)

Lista de componentes (por Superfo)