Didaktik Gama 80k - model 87/88

Úvod

Didaktik Gama je tuzemský - Slovenský klon ZX Spectrum 48k, který se vyráběl ve firmě Didaktik Skalica v letech 1987 až 1989 díky tomu, že se Didaktiku podařilo nakoupit větší množství originálních Ferranti ULA 6C001E-7 a místo toho, aby je použili jako náhradní díl, použili je k výrobě vlastních počítačů. Kdesi jsem se dočel, že jich bylo vyrobeno 45000 (je to pravda?). Wikipedie říká, že modelu 87' bylo vyrobeno pouze několik set kusů. Dle mé zkušenosti se modely 87' a 88' překrývají a přijde mi, že to byla kontinuální řada variant a drobných oprav, než přišel výrazně přepracovaný model 89'. Zdá se mi, že na Wikipedii je nepřesností víc, některé nejspíš převzaté z dřívější literatury spíš než z osobní zkušenosti autora textu.

Didaktik Gama 80k se z pohledu softwaru od ZX Spectrum 48k téměř neliší. Díky identické Ferranti ULA a stejně taktované Z80 (nebo východoněmecké variantě UB880D) je shodné i časování, dokud software nezapíše hodnotu na port C čipu 8255, který je nastavený jako výstup, nebo na port 127 (CWR = control word čipu 8255), kde se bitem 0 stránkuje paměť v oblasti 32768 až 65535 (#8000 - #FFFF).

Didaktik Gama 80k narozdíl od ZX Spectrum 48k používá bezchybné paměti 4164. Výrobce Didaktiků pravděpodobně neměl kde nakoupit (nechtěl kupovat?) levné 32k čipy a zjevně jim přišlo nesprávné ponechat polovinu paměti nevyužitou. Můžeme diskutovat, jestli využití 8255 byla nejšťastnější volba, protože obsazení bitu 0 na portu C může komplikovat připojení některých periferií, ale jiná řešení by taky vyžadovala nějaký čip navíc. Možnost připojit joystick a tiskárnu bez dalších periferií, často jen přidrátovat na konektor byla a stále je prospěšná.

I BASIC v ROM Didaktiků je okopírovaná Sinclair ROM a i když verze Gamy 89' měla tlusté písmo a drobné úpravy související s rozšířenou pamětí (překopíruje obsah pod RAMTOP, aby nedošlo k zhroucení programu v BASICu, když je RAMTOP nad 32768), nekompatibilita v praxi byla minimální a fungovalo prakticky vše, jako na ZXS 48k. ROM nejenom Didaktiků jsou ke stažení zde..

Nevím, jestli už někde existuje analýza všech rozdílů, kterými se ROM Didaktiku Gama liší od Sinclair ROM, kromě identifikace, ale verze modelů 87' a 88' se mezi sebou liší pouze ve dvou bytech na adrese 14586 a 14587.

Varianty Didaktiků Gama můžete rozpoznat podle následujících vlastností.

Didaktik Gama 87'

černé šasi
jeden IEC 169-2 video female konektor, modulovaný TV signál, s výjimkou upravených počítačů.
Poskytuje nekvalitní video s množstvím šumu a rušením ze sběrnice Z80.
Některé počítače používaly v roli modulátoru LM1889N, jiné měly přidaný modulátor.
Velké čipy (ULA, Z80, EPROM a 8255) obvykle v zelených Tesla paticích.
Zkrácený zelený SUR konektor IO portu
Na klávesnici chybělo tlačítko RESET.
Slabší napájecí zdroje? (příliš malý vzorek originálních napáječů)
Napájení je třemi vodiči od konektoru vedeno přes celou desku.
upravená ROM, tenký font
ROM se identifikuje "© 1987 Didaktik Skalica"
Sériové číslo na desce začíná čísly 87
Vždy špatně zapojený signál /ROMCS, nutno napravit, jinak hrozí poškození ULA!

Didaktik Gama 88'

černé šasi
dva IEC 169-2 video female konektor, na krajním modulovaný TV signál, na druhém kompozitní video.
Poskytuje nekvalitní video s množstvím šumu a rušením ze sběrnice Z80.
V počítači by měl být modulátor, LM1889N výrobce přestal k modulování videa používat.
Velké čipy (ULA, Z80, EPROM a 8255) obvykle v zelených Tesla paticích.
Zkrácený zelený SUR konektor IO portu
Na klávesnici přibylo tlačítko RESET pod LED paměti. Uvnitř vodič navíc.
Napájení je třemi vodiči od konektoru vedeno přes celou desku.
upravená ROM, nejenom změna identifikace, tenký font, téměř identická s modelem 87'
Sériové číslo na desce začíná čísly 88
Vždy špatně zapojený signál /ROMCS, nutno napravit, jinak hrozí poškození ULA!

Didaktik Gama 89'

světle šedé šasi
ještě světleji šedá až bílá, někdy nažloutlá klávesnice
Kompletně přepracovaná deska, jiné rozmístění IO než u předchozích modelů (ULA v levém dolním rohu...).
Deska klávesnice je připevněna na více sloupcích, ale jen roztavenými nýtky, může se utrhnout.
Deska klávesnice má vhodnější rozmístění vývodů, u Gamy 89' lze zapojit 1:1 do desky.
dva IEC 169-2 video female konektory, na krajním/levém modulovaný TV signál, na druhém kompozitní video.
Poskytuje mnohem lepší video než předchozí modely, v podstatě jako ZX Spectrum 48k.
Chybí-li v počítači 33pF kondenzátor u LM1889N, bývá problém s barvonosnou, oprava snadná.
Velké čipy v paticích nebývají, viděl jsem desky s paticemi, ale v některých bylo vše připájené.
IO port je vyveden hranovým konektorem stejně jako sběrnice, patřičně pozměněn otvor v šasi.
Na klávesnici je tlačítko RESET pod LED stánkování paměti, stejně jako u modelu 88'
Může chybět odpor od /ROMCS k ULA, nutno zkontrolovat a příp. opravit, jinak hrozí poškození ULA!

Oprava Didaktiků Gama 87'

Shodou okolností se mi v průběhu let 2023 - 2024 dostaly do rukou čtyři různé Didaktiky Gama 80k model 87' a 88'. Tyto Gamy 87' a 88' byly v černém šasi, které jsme my majitelé Gamy z roku 1989 mohli obdivovat jen na papírovém obalu plastové krabice, mají stejný plošný spoj, který jak jsem během oprav zjistil je mimořádně špatně navržený a zjevně byl příčinou mnoha rozpačitých až negativních recenzí z té doby, které jsem si tehdy četl a v nich popisované potíže u své šedé Gamy 89' nepozoroval. Osud tomu chtěl, že jsem si teď o pár desítek let později měl možnost vše užít naplno.

Původní modulovaný TV výstup

Zdánlivě stejně, jako ZX Spectrum 48k, tak i DG 80k 87' má pouze modulovaný výstup na TV. Problém je, že konstruktéři vzor neokopírovali "i s chlupama", ale pokusili se v roli modulátoru využít LM1889N, což dle katalogu čip umí a do jisté míry to funguje, ale zjevně to bylo zamýšleno spíš pro TV hry typu Pong než pro počítač s relativně jemným rozlišením (na poměry doby) a hlavně by konstruktér musel navrhnout desku jinak, počínaje lepším oddělením analogové a digitální části, lepší filtrací napájení, lépe rozvedenou zemí...

Kvalita modulovaného TV výstupu viz foto. Na první pohled je vidět zhoršení ostrosti, ale co statický snímek nezachytí je neustálé rušení a drobné mihotání v obraze.

Jak jsem viděl v dalších kusech, konstruktéři se to pokoušeli napravit dvěma způsoby. Továrně přidávanou krabičkou modulátoru, která bývala přilepená vlevo od kabelu klávesnice, viz dřívější foto a nebo na přání zákazníka dodatečným přibastlením video výstupu ve formě vrabčího hnízda - vzdušné konstrukce s propletenými vývody součástek (viděl jsem jen foto v diskuzi). Já se vlastně pokusil o totéž, jen radikálněji a dle mého názoru lépe.

Ani jedno z toho nemohlo situaci zachránit, zlepšit ano, ale po mé zkušenosti nevěřím, že to bylo zlepšení dostatečné.

Zapojení video výstupu a zvukového vstupu / výstupu

Výrobce Didaktik Skalica schéma ke svým počítačům přidával, ale bylo nekompletní, zapojení LM1889N se ukrývá v obdélníku s titulkem "kóder". Ve starších verzích schématu nebylo ani zapojení magnetofonového vstupu. Naštěstí kompletní schéma Gamy 80k 89' už před časem vytvořil Karel Kulhavý aka Clock. Mockrát přišlo vhod a díky za něj, ale i když se "digitální část" počítačů shoduje, analogová nikoli. V modelech 87' a 88' je zapojení zjednodušené a ne zcela správně.

Během zkoumání a propípávání jsem si pomáhal lepením cedulek a popisováním součástek. V době, kdy ve Skalici Didaktik Gama vyráběli nebývalo běžné označovat součástky potiskem na plošném spoji. Vlastně si nevzpomínám, že by to tehdy někdo ze zdejších výrobců uměl. Možná ano, ale ani v jednom z Didaktiků včetně Didaktiku M a Kompakt i disketových mechanik Didaktik 40/80 plošné spoje popsané nejsou (tj. nejméně do roku 1992). Ve starších počítačích chybí i nepájivá maska, případně je jen z jedné strany. A pokud na desce nepájivá maska je, tak rozhodně není tak kvalitní a odolná, jak jsme zvyklí dnes.

Značení součástek je... vymyšlené. Clock svým schématem součásti označil a očísloval, ale jeho schéma se značením liší od nekompletních schémat z Didaktik Skalica i od schématu ZX Spectrum 48k, což je škoda, bylo by fajn, kdyby se součástky shodné v obou počítačích jmenovaly stejně. Další číslování si vymyslel CSS se svou Gamou 192k, ani on nepřevzal jedno, nebo druhé. Standard neexistuje, nutno si vybrat. Při analýze a kreslení schématu jsem se proto přiklonil ke Clockově schématu, kde to mělo smysl a později při návrhu zapojení podle ZX Spectrum ISSUE 6A jsem převzal značení ze schématu ZX Spectrum 48k.

Doufám, že jsem v tom nenasekal příliš chyb... snad alespoň pro orientaci poslouží. Ale pozor na odlišnosti modelu 88' a na případné úpravy už z výroby (přítomnost modulátoru).

Provádíme barbarské zásahy do cenného artefaktu...

No, ne tak docela. Protože úprava byla časově docela náročná a zdlouhavá (oprava napájecí části, vytvoření schématu, návrh plošných spojů, objednání, osazení... a nakonec předělání počítače k obrazu mému). Dostal jsem v rámci odměny jednoho z Didaktiků ve kterém byly provedené různé zásahy a majiteli se ho nedařilo oživit. Čímž mimochodem důrazně varuji před používáním BEZolovnaté pájky v těchto počítačích. Nemá to sebemenší opodstatnění v počítači, který byl celý vyroben s použitím olovnaté slitiny, zadruhé je teplota tavení bezolovnaté pájky vyšší a tedy vede k poškození výrazně méně odolných spojů na deskách ze socialistické výroby, kam i Didaktiky svou technologií spadají. A za třetí, bezolovnatá pájka se svými vlastnostmi nehodí pro ruční pájení. Co je v průmyslu, nebo i amatérském pájení nového výrobku, možné obejít řízením nárůstu a poklesu teplot (amatérsky v horkovzdušné troubě s přesnou regulací), to je s ruční páječkou a při opravách takřka nemožné. Spoje jsou křehké a vypadají hůř i kdyby k poškození desky nedošlo.

Krom toho, já zastávám názor, že věci by měly být funkční, tak dobře, jak je jen možné a rozumné. A dobře provedené opravy hodnotu věci nesnižují. To bych za chvíli nemohl vyměnit ani špatné součástky za funkční. Netknuté artefakty nechť uchovávají muzea. Na druhou stranu do šasi v dobrém stavu nechci jakkoli vrtat, přidávat konektory, měnit video výstup na cinch atd.

Takže k provedení první úpravy jsem dostal desku poškozenou ze které stejně bylo potřeba sundat značnou část součástek, opravit mnoho spojů, přemostit ty utrhané pomocí drátků, jiné jen přepájet olovnatou pájkou a odstranit pár zkratů (resp. zkontrolovat a propípat). Při té příležitosti jsem vyměnil i kondenzátory - zvláště ty v plastovém pouzdře jsou dnes už skoro všechny špatné, doplnil jsem mnoho nových a všeobecně desku upravil do úhlednějšího stavu.

A to byla příležitost navrhnout znovu zapojení té video části, kterou se Didaktik Gama 80k 87' liší od ZX Spectrum 48k. Jako vzor jsem zvolil poslední ISSUE 6A. Analogicky totéž pro magnetofonový vstup/výstup s výstupem na reproduktor. Tentokrát jsem zapojení okopíroval od CSS z jeho návrhu Didaktiku Gama 192k.

Výsledkem jsou dva malé plošné spoje se dvěma tranzistory a s pár SMD pasivními součástkami. A když se úprava dvou počítačů osvědčila, raději jsem plošných spojů vyrobil víc, protože u takto jednoduchých věcí dá víc práce najít v zásobách součástky, než samotné osazení.

Kdybych to dělal znovu, asi bych zkusil plošné spoje tvarově a pozicí přívodů lépe přizpůsobit plošnému spoji počítače a možná tím ušetřit nějakou z drátových propojek, nebo je napasovat elegantněji, zvláště audio část a připojení magnetofonu, ale myslím, že i tak to nedopadlo nejhůř. Přinejmenším to funguje.

Další opravy a zásahy

Jednou z nejdůležitějších oprav, aby ke Gamě 87' a 88' bylo možné připojit periferii s vlastní ROM je úprava signálu /ROMCS. Nezáleží až tak moc, jestli to bude zapojeno podle ZX Spectrum 48k, nebo podle Didaktiku Gama 80k 89', což jsem volil u pozdějších úprav. Důležité je jen to, že ULA nesmí zůstat připojená ke sběrnici přímo bez oddělovacího odporu 680Ω. Původní zapojení Didaktiku může vést ke zničení ULA.

Při zapojování a zkoumání jsem si pomáhal psaním poznámek na fotku desky. Tento snímek desky je z Didaktiku Gama 80k model 88', ale většina toho je platná i pro model 87'... jako vždy, doufám, že tam není mnoho chyb. Buďte opatrní a prověřujte. Přinejmenším je na tom vidět, jak divoce jsou některé signály propletené a kde všude se vyskytuje napětí +12V, které je leckdy nebezpečně blízko logickým signálům čipů, které větší napětí nesnesou a zkrat může snadno vést k poškození některého z nich.

Je třeba zkontrolovat, jestli odpor přivádějící nestabilizované napětí k 12V zenerově diodě je v rozmezí 1k5 až 1k8. Výrobce osazoval pouhých 100Ω a tím pak spolu se zenerovou diodou protéká zbytečně velký proud a obojí se přehřívá. Následující foto ukazuje částečně opravený 12V stabilizátor s novou zenerovou diodou, vyměněným odporem a novým filtračním kondenzátorem. Utrhané spoje po cizím pokusu o pájení bezolovnatou pájkou jsem nahradil tenkými drátky na spodní straně desky.

Zkontrolovat kondenzátory, zvláště ty v barevném plastovém pouzdře. Jeden 22μF u tranzistoru ve 12V stabilizátoru, dnes po více než 36 letech bývá skoro vždy špatný, druhý bývá v RC článku signálu /RESET k Z80. Ten se porouchává méně často, protože se tam ani nezahřívá, ani na něm není větší napětí. Ale i tak je rozumnější osadit preventivně 2,2μF keramický místo elektrolytického (vybral jsem 2,2μF/50V X7R).

Zkontrolovat 1000μF kondenzátor na nestabilizovaném napětí. Od výroby tam někdy bývá kondenzátor určený pouze do 16V, ale napětí se na něm může vyskytovat v závislosti na napáječi i 22 až 23V. Naštěstí staré kondenzátory Tesla snesly napětí mnohem výše nad jmenovitou hodnotu, než ty dnešní a vybuchlý jsem zatím v Gamě neviděl ani o něm neslyšel. Osazoval jsem kondenzátory určené na 35V, protože dnešní nové kondenzátory napětí nad jmenovitou hodnotu tolerují velmi špatně a je dobré volit takový, který má alespoň 30% nebo větší rezervu.

Zkontrolovat všechny vodiče připájené do desky. Pokud se s počítačem manipulovalo, byl nějakou dobu rozebraný, mohou být některé z nich částečně potrhané. A protože to jsou lanka, mohou se roztřepit a tenkými drátky se dotknout něčeho v blízkém okolí. Je lépe při opravě toto zkontrolovat pod lupou, zbytečně za vodiče neškubat, aby se stav nezhoršil a příp. opravit dřív než se z toho stane větší závada.

Zkontrolovat, že deska klávesnice drží na šasi. Pokud by se uvolnila, vývody tlačítek se mohou zkratovat s něčím na desce. V horším případě s 12V, které se musí vyskytovat přinejmenším okolo LM1889N. Zkrat logických obvodů s 12V napájením bývá velice často pro čipy fatální, v horším případě pro všechny připojené ke stejnému signálu. V černém Didaktiku Gama výrobce navrhl jen 6 sloupků a do těchto sloupků jsem viděl zašroubované šrouby s metrickým závitem M3, které drží mnohem hůř než by držely do plastu určené vruty s hrubším závitem. V šedých Didakticích je sloupků víc, ale pro změnu výrobce klávesnici upevnil jen "roznýtováním/roztavením" konců těchto sloupků a tyto se docela často používáním utrhnou.

Je vhodné zkontrolovat a upravit signál /CLK mezi ULA a Z80 po vzoru ZX Spectrum 48k. Dle ZX Spectrum 48k ISSUE 6A má být přímo na vývodu 32 (PHICPU) z ULA pullup odpor 1k (R73) na +5V a paralelně k 1k (R24) odporu do báze tranzistoru má být zapojen 100pF kondenzátor (C67), který urychluje náběžnou hranu hodinových pulzů. Odpor 180Ω (R25) mezi kolektorem tranzitoru a +5V je v Didaktiku Gama osazen vpravo od patice Z80. Tranzistor je mezi čtveřicí 74LS157 a Z80.

Jako poslední zásah jsem se pokusil lépe zajistit IO konektor. FRB, nebo SUR konektory by měly být připevněné šrouby M2 skrz plošný spoj. Ale Didaktik Skalica použil konektory zkrácené, kterým chybí část s montážními otvory a konektory jsou tak pouze připájené a přilepené. Bohužel lepidlo jsem u několika počítačů viděl odlepené. Dokonce i konektor s utrženými vývody, ten jsem musel vyměnit a při té příležitosti jsem na levé straně ponechal montážní otvory a konektor přišrouboval (viz dřívější foto). Konektor byl zkrácený na polovinu a neměl jsem šanci ho přišroubovat na obou stranách, ale i na jedné to stačilo. V jiném počítači jsem konektor jen důkladněji preventivně přilepil. A v mém Didaktiku jsem po pár týdnech po dokončení předchozích oprav navrhl 3D model a vytiskl plastový držák, který konektor přidržuje přitisknutý k plošnému spoji. Viz foto.

Závěrem?

V tuto chvíli jsem s úpravami Didaktiku Gama spokojen a jestli mě napadne další vylepšení, pravděpodobně ho sem přidám. Na následujícím snímku je kromě téměř finálního stavu dvou Didaktiků vidět i náhradní spínaný 5V/3A stabilizátor s čipem LM2575-5, který narozdíl od těch čínských nemá poddimenzovanou cívku ani filtrační kondenzátory. Napájím ho z 16V napáječe od recyklovaného notebooku, přičemž těch 16V prochází skrz do Didaktiku, kde se z tohoto napětí stabilizuje 12V pro LM1889N.

Série fotek s popisky z celého procesu úprav je zde v mé fotogalerii.

Download

2024-08-29_kicad - Didaktik Gama 80k model 87 analogova cast.tar.bz2 - schéma analogové části jako projekt do KiCAD 5.1
2024-08-29_kicad - Didaktik Gama 80k model 87 kompozitni video.tar.bz2 - schéma náhradního zapojení kompozitního video výstupu
2024-11-13_kicad - Didaktik Gama 80k model 87 zvuk a pripojeni magnetofonu.tar.bz2 - schéma náhradního zapojení audio / vstupu / výstupu na magnetofon
2024-11-14_Didaktik Gama 80k - model 87 drzak IO konektoru.tar.bz2 - model držáku k 3D tisku

Odkazy

Historie změn článku

2024-11-14 - dopsáno a zveřejněno