Xhepi ZX (Spektri i dorës ZX): 10 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:20

Unë jam një fëmijë i viteve 80 dhe kam kujtime të mira për kompjuterët 8-bit të asaj epoke. Kompjuteri im i parë - ai që zë një vend të veçantë në zemrën time - ishte një Sinclair ZX Spectrum 48K. Pasi zbulova kohët e fundit disa komunitete të fokusuara në kompjuterët më të vjetër në internet, vendosa që doja të rijetoja disa nga ato nostalgji për veten time dhe instalova emulatorin e Siguresave në MacBook tim. Kjo ishte argëtuese për një kohë, por unë me të vërtetë doja një pajisje të dedikuar - mundësisht diçka të vogël, të lëvizshme dhe të pavarur që të përshtatej me stilin tim të jetesës. Zgjedhja në këtë fazë ishte ose të ndiqni rrugën e Ben Heck-it të mrekullueshëm dhe të zvogëloni harduerin origjinal ZX në diçka portative ose të mashtroni dhe përdorni emulimin në një kompjuter të vogël me një bord të vetëm. Unë do të mashtroj:)

Pra, çfarë dua nga spektri im portativ ZX?

• I lirë: Kam shumë projekte për të shpenzuar shuma të mëdha parash për pak nostalgji argëtuese.
• Portativ: Duhet të jetë diçka me të cilën mund të luaj në divan ose në një pasdite dembele në kopsht.
• Tastiera: Unë nuk dua vetëm të luaj lojëra, unë gjithashtu dua ta programoj atë. Për të marrë përvojën e plotë, duhet të ketë ato çelësa të mrekullueshëm të fjalëve kyçe.
• Joystick: Unë kurrë nuk isha duke luajtur lojëra në platformë me një tastierë. Lojëra aventurash, sigurisht, por unë nuk dua vetëm të luaj lojëra aventurash, kështu që do të ketë nevojë për një levë.
• Në çast: Unë e urreja ngarkimin e kasetës në vitet '80 dhe nuk mund ta imagjinoj që jam rritur me një dashuri për të në vitet në mes.

Me gjithë këtë në mendje, unë hartova një bllok diagram për të më ndihmuar të kuptoja përbërësit e ndryshëm. Pra, le të ndërtojmë.

Hapi 1: Tastiera USB & Joystick

Gjetja e saktë e tastierës është çelësi për të kapur pamjen dhe ndjenjën e spektrit origjinal ZX. Ne mund të ndërtojmë një pajisje të emuluar me dorë e cila nuk ka asgjë të përbashkët me brendësinë origjinale të Spectrum, por, me një dizajn të kujdesshëm, duhet të jetë e mundur të krijohet diçka që të kujton përvojën e llogaritjes të viteve '80.

Duke filluar me disa protoboards dhe një grumbull të madh të çelsave prekës, unë eksperimentova me disa ide dhe u vendosa në paraqitjen e stivosur të treguar në foto. Protoboards ne jemi duke përdorur janë një standard 7x9cm (26x31 vrima) në dispozicion online nga shumë shitës me pakicë. Çelsat janë versione të montimit në sipërfaqe të cilat kanë një ndjenjë më të butë dhe janë më pak të zhurmshme sesa homologët e tyre më të zakonshëm përmes vrimave, por secili duhet të funksionojë pasi madhësitë e trupit të tyre janë pothuajse identike.

Kontrollet e levës shkuan pastaj në hapësirën e mbetur menjëherë mbi tastierë. Vendosa të përdor një çelës navigimi prekës me 5 drejtime në të majtë dhe një buton të madh zjarri në të djathtë. Xhojstiku do të dyfishohet si kontrollues për sistemin e menusë të emulatorit dhe miun për ndërveprim me sistemin themelor Linux, kështu që shtova edhe një buton të vogël sekondar.

Mikrokontrolluesi për tastierën është një Arduino Pro Micro. Kjo është një tabelë e vogël e cila mund të programohet si një pajisje ndërfaqeje USB USB (HID) siç është tastiera, miu ose levë.

Pasi çelësat janë bashkuar në vend, matrica e cila lidh rreshtat dhe kolonat e çelsave me mikrokontrolluesin duhet të ndërtohet. Kjo matricë do të na mundësojë të lidhim të 40 çelësat plus 7 butonat e levës me 18 kunjat I/O të Pro Micro. Tastiera Spectrum nuk ka nevojë të trajtojë shtypje të shumta të butonave, përveç çelësave Caps Shift dhe Symbol Shift, kështu që ne do t'i vendosim ato në kunjat e dedikuar, atëherë nuk do të kemi nevojë të shqetësohemi për përdorimin e diodave për të parandaluar çelësin fantazmë- shtypet. Unë kam përfshirë një skemë për të treguar se si tastiera, përfshirë matricën, është e lidhur. Së pari, secila kolonë lidhet me një gjatësi të telit me një bërthamë dhe më pas rreshtat lidhen duke përdorur tela me një bërthamë e cila është formuar me kujdes për të kaluar mbi kolonat pa shkurtim. Kjo mund të jetë pak e ndërlikuar sepse ju duhet të merrni telat e rreshtit aq të lartë sa të shmangni kontaktin me kolonat, por aq të ulët sa të lini vend për të gjitha instalimet elektrike që duhet të vendosim gjatë montimit përfundimtar. Së fundi, rreshtat dhe kolonat janë të lidhura me kunjat Arduino me tela nga kabllot e vjetër IDE.

Siç u përmend më lart, kontrolluesi i levës gjithashtu do të funksionojë si një kontrollues kursori dhe një mi, kështu që ne do të duhet të jemi në gjendje të kalojmë midis mënyrave. Mënyra e paracaktuar do të jetë mënyra e kursorit, një kombinim i Caps Shift + butoni Fire do të kalojë në modalitetin e levës dhe kombinimi i simbolit Shift + Butoni i zjarrit do të kalojë në modalitetin e miut. Për të treguar se në cilën mënyrë është, ka disa LED 3 mm në mes të panelit të levës. Një LED Power do të jetë gjithashtu i dobishëm dhe një mënyrë e mirë për ta siguruar këtë me Pi është lidhja e një LED me pinin UART TX të Pi pasi kjo do të dërgojë vazhdimisht të dhëna ndërsa pajisja është e ndezur.

Për të parandaluar prishjen e telave të lirshëm në përdorim, ose telat e matricës nga shkurtimi, gjithçka është e mbuluar lirshëm me zam të nxehtë - e shëmtuar, por efektive!

Hapi i fundit për të punuar tastierën është programimi i Arduino me kodin ZX_Spectrum_Keyboard nga depoja ime. Me të bërë këtë, ju në të vërtetë mund ta vendosni hekurin e saldimit, ta lidhni tastierën në një kompjuter të zakonshëm dhe ta përdorni me një emulator Spectrum si Siguresa ose Spectaculator. Por ne nuk po ndalemi këtu, kështu që le të vazhdojmë…

Hapi 2: Ekrani LCD

Spektri origjinal ka një rezolucion të ekranit prej 256x192 piksele. Për të mbajtur (afërsisht) këtë raport dhe për të shmangur shiritat e zinj në të dyja anët, unë zgjodha një ekran me prekje Waveshare 3.2 320x240 TFT LCD të krijuar për Raspberry Pi. Nuk do të lidhet drejtpërdrejt me kokën GPIO të Pi -së, kështu që ne mund të heqim plastika e lidhësit rrethon dhe shkurton kunjat. I shkurtova një protoboard 7x9cm deri në 2.1x9cm (madhësia e saktë nuk ka rëndësi për sa kohë që dy vrimat e mbetura të qosheve përputhen me vrimat e tastierës së sipërme dhe ka hapësirë të mjaftueshme për të bashkuar kunjat e kokës GPIO) dhe lidhi kunjat në pozicion, gjë që do të na japë një mënyrë të thjeshtë për të montuar ekranin mbi tastierë.

Ne vetëm duhet të lidhim kunjat SPI, fuqinë dhe ekranin me prekje I/O me Pi - mund të jetë mjaft e ndërlikuar të gjesh se cilat kunja janë në të vërtetë të nevojshme, por informacioni është atje nëse shikoni mjaftueshëm. Ekrani Waveshare përdor 10 kunja: 4, 6, 9, 13, 15, 19, 21, 23, 24 dhe 26. Natyrisht, nëse e bëni këtë me një ekran tjetër, do t'ju duhet të verifikoni kunjat e sakta para duke kapur hekurin tuaj të saldimit.

Nuk ka nevojë për konfigurim të veçantë të softuerit - thjesht instaloni programin e drejtuesit të prodhuesit dhe është gati për përdorim.

Hapi 3: Wireless (Bluetooth)

Bordi Raspberry Pi Zero nuk ka aftësi pa tel, vetëm një port të dobishëm USB dhe nuk do të ketë hapësirë të mjaftueshme në rast për një shpërndarës USB, kështu që më duhej të isha pak krijues për të shtuar një lloj aftësie pa tel për ndërtimin tim. Nëse po e ndërtoni këtë me Zero W atëherë mund ta kaloni këtë hap.

Ekziston një veçori e pastër e Raspberry Pi e cila do të na lejojë të shtojmë një aftësi të dobishme wireless. Duke bashkangjitur një modul të lirë serik HC-05 Bluetooth në kunjat UART të Pi dhe duke rregulluar konfigurimin e sistemit, është e mundur të keni qasje pa tel në terminalin e linjës së komandës duke përdorur serial-mbi-Bluetooth. Ne pastaj mund të përdorim mjete të zakonshme për të dërguar skedarë në pajisje dhe për të menaxhuar sistemin e skedarëve.

Hapi 4: Fuqia

Zgjodha baterinë time në fund të zhvillimit aq të nevojshëm për të zgjedhur një qelizë e cila do të përshtatet në hapësirën në dispozicion. Ai që zgjodha ishte një 2000mAH 25C 1S Lipo (dimensionet: 81x34x9mm) i shitur si zëvendësim i dronit Walkera Syma X5. Do të ishte mirë të jeni në gjendje të ngarkoni baterinë në vend me një lidhje të rregullt USB dhe të jeni në gjendje të përdorni pajisjen ndërsa është duke u ngarkuar. Ne me të vërtetë nuk duam të merremi me qark kompleks të kontrollit të energjisë, kështu që ne do të përdorim një modul të gatshëm i cili siguron karikim USB dhe gjithashtu një dalje të rritur 5V për të fuqizuar Pi drejtpërdrejt. Për të siguruar që pajisja mund të fiket plotësisht, ekziston një çelës rrëshqitës midis daljes së këtij moduli dhe Pi i cili siguron që bateria të mund të ngarkohet akoma edhe kur pajisja është e fikur. Pi duhet të mbyllet siç duhet për të shmangur çështjet e korrupsionit të të dhënave. Në vend që të kemi nevojë të identifikohemi përmes serialit Bluetooth, ne mund të lidhim një ndërprerës prekës në pin 5 të Pi (GPIO3) dhe të shkruajmë një skript të vogël i cili e shikon këtë dhe fillon një mbyllje kur shtypet. Komponentët e energjisë dhe pa tel u ngjitën në një pllakë tjetër 7x9cm e cila do të ulet direkt nën tastierë.

Hapi 5: Lidhni të gjitha së bashku

Me të gjitha pjesët e ndryshme të ndërtuara, ne mund të montojmë pjesët e brendshme. Çështja më e madhe që hasa gjatë montimit ishte se porta USB më prishi Arduino Pro Micro, duke më kërkuar që të lidhja telat drejtpërdrejt në jastëkët e saldimit në vend që të përdorja një kabllo USB. Kjo është një pikë e dobët famëkeqe në bordet Pro Micro, kështu që ndoshta ia vlen të aplikoni një grumbull të mirë zam të nxehtë në të para montimit për ta shmangur këtë. Duke supozuar se kjo fatkeqësi e veçantë nuk do t'ju ndodhë, ju keni një zgjedhje: ose mund të bëni një kabllo mikro USB në mikro USB super të hollë për të lidhur tastierën tuaj me Pi ose mund të lidhni një ose të dy skajet drejtpërdrejt në dërrasa. Ndërsa më duhej të lidhja anën Arduino, gjithashtu bashkova anën Pi drejtpërdrejt në pikat e provës në pjesën e pasme të tabelës. Ka të mirat dhe të këqijat e secilit opsion, kështu që varet nga ju atë që preferoni.

Ne do t'i mbajmë bordet së bashku me ngërçet e najlonit M3. Ne kemi nevojë për ndalesa 2x 9 mm për të lidhur vrimat e poshtme midis tastierës dhe bordit të energjisë. Vrimat e sipërme gjithashtu mbajnë ekranin kështu që ne duam ndalesa 2.5 mm midis tastierës dhe ekranit, dhe ndalesa 4.5 mm midis ekranit dhe bordit të energjisë. Fotografia anësore tregon se si duket kjo. Përplasjet do të kenë nevojë për një zvogëlim të kujdesshëm për të marrë gjithçka paralel - mund të jetë një përshtatje e ngushtë me të gjitha telat e tastierës, por duhet të shkojë së bashku. Siç mund të shihet nga fotot, pajisja mund të ndizet dhe përdoret pas montimit, pa pasur nevojë për një rrethim aktual. Ne do të shtypim një rrethim së shpejti, por, para se të arrijmë tek kjo, do të na duhet të instalojmë sistemin operativ dhe ta konfigurojmë.

Hapi 6: Softuer

Me pajisjet e brendshme të mbledhura, ne mund të vazhdojmë me instalimin dhe konfigurimin e softuerit. Raspberry Pi do të funksionojë në një instalim standard Raspbian I vetmi softuer shtesë që duhet të instalohet, përveç drejtuesve të ekranit TFT, është aplikacioni Fuse. Ne po përdorim versionin SDL për të marrë funksionimin e duhur të ekranit të plotë, i cili mund të instalohet me:

sudo apt-get install fuse-emulator-sdl

Për të trajtuar shtypjet tona të butonit të mbylljes, kopjoni skriptin 'mbyllje' nga depoja ime e kodeve në/home/pi/

Për të marrë një tastierë serike përmes Bluetooth, shtoni rreshtin e mëposhtëm në /boot /config:

aktivizo_uart = 1

Ne do të duam që skripti ynë i mbylljes dhe emulatori i siguresave të funksionojnë në nisje, kështu që shtoni këto rreshta në/etc/xdg/lxsession/LXDE-pi/autostart:

@siguresa-sdl-pa zë-kempston-pa-ngarkim automatik

Rinisni Pi pasi të keni bërë këto ndryshime dhe duhet të keni mbaruar.

Hapi 7: Mbyllja dhe Asambleja Përfundimtare

Mbyllja u modelua në Fusion 360 (si ta bëni këtë është jashtë fushës së këtij udhëzimi). Ka 5 pjesë: kutia mbrapa, pjesa e përparme e ekranit, para tastierës, butoni i energjisë dhe kapaku i panelit të kontrollit. Kapaku i panelit të kontrollit duhet të shtypet në një fije elastike (kam përdorur PLA fleksibël, por një material më i butë si NinjaFlex mund të jetë më i mirë); gjithçka tjetër duhet të shtypet në një plastikë të ngurtë (kam përdorur Filamentum black PLA).

Për t'i dhënë butonit të energjisë njëfarë rezistence dhe për ta parandaluar atë të dridhet, ngjitni një shkumë ngjitëse 3 mm në pjesën e pasme të tij dhe më pas hapni një vrimë 4 mm për ta lejuar atë të ulet mirë mbi çelsin vertikal tac në PCB të energjisë. Ju mund të keni nevojë të shkurtoni pak një skaj, siç mund të shihet në foto, për të shmangur kapjen e bordit të energjisë. Gjithashtu më dukej e dobishme të përdorja një copë zam të vogël për të mbajtur butonin në çelësin e energjisë.

Ne duhet të ngjisim disa çelësa najloni në mbajtëset e sipërme në panelin e përparmë të ekranit për të lejuar që pjesët e sipërme të rrethimit të fiksohen mirë. Pasi të jetë tharë, shkurtojini prirjet e skuqura.

Për t'iu përshtatur dërrasave, së pari duhet të krijojmë shtyllat e montimit. Hiqni kokat nga disa vida najloni M3 dhe ngjitni pjesët e filetuara në vrimat e poshtme të secilës prej paneleve të përparme. Kur këto të jenë tharë, 2 panelet e përparme mund të ngjiten së bashku dhe tastiera mund të fiksohet në vend duke përdorur daljet 9mm dhe 2.5mm. Tjetra, Me këtë në vend, ekrani mund të vendoset në shtyllat e sipërme dhe shtesat 4.5 mm mund të shtohen. Së fundi, bordi i energjisë mund të vendoset në pozicion dhe telat të vendosen për të lejuar që pjesa e pasme të jetë e pajisur.

Bateria duhet të mbërthehet në vend me një kasetë të dyfishtë ose fletë shkumë dhe të lidhet me lidhësin e energjisë. Tani dy gjysmat mund të mblidhen së bashku dhe disa vida të shkurtra të makinës M3 të përdorura për të siguruar gjithçka në vend.

Së fundi, përmbyseni atë dhe ngjiteni kapakun e panelit të kontrollit në panelin e tastierës. E bëra këtë me një ngjitës epoksid dy pjesësh për një lidhje të fortë.

Hapi 8: Mbivendosja e tastierës

Pothuajse kemi mbaruar. Gjithçka që mungon janë disa shenja kryesore dhe një mbivendosje, kështu që ne dimë si të arrijmë në të gjitha ato fjalë kyçe të mrekullueshme.

Shkronjat dhe numrat kryesorë janë në majat aktuale të ndërprerësve. Kam gjetur disa transferime vërtet të vogla të shkronjave 2.5 mm të cilat përshtaten në mënyrë perfekte në majat me diametër 4 mm. Ato janë pak të ndërlikuara për t'u aplikuar sepse majat lëvizin ndërsa i fërkoni, por ju merrni mjaft shkronja në një paketë, kështu që është mirë të bëni disa gabime. Përfundova duke prekur disa me një shënues të mirë të përhershëm, megjithëse, në prapambetje, duhet të kisha provuar t’i njomja në ujë të ngrohtë dhe t’i rrëshqisja në vend (nëse keni ndërtuar ndonjëherë një komplet modeli, do të njiheni me këtë proces) Për të mbrojtur shkronjat gjatë përdorimit, unë lyeja me një llak të qartë gozhdë në secilën pjesën kryesore.

Për të parandaluar që trupat e argjendtë të çelsave të shfaqen përmes boshllëqeve në mbivendosje, kam përdorur një shënues të përhershëm për t'i ngjyrosur ato - kjo mund të shihet në rreshtin e poshtëm të njërës prej fotove.

Unë projektova mbivendosjet e printuara në programin grafik GIMP me burim të hapur dhe pastaj i printova në letër mat me cilësi fotografie. Në mënyrë ideale, mbivendosjet do të jenë sa më të holla të jetë e mundur - unë kam qenë në gjendje të heq lëkurën nga letra e markës Epson që kam përdorur shumë lehtë edhe pse kjo nuk do të jetë rasti me të gjitha markat. Për të mbrojtur printimin, e mbulova letrën me fletë vinile ngjitëse të qartë dhe aplikova shirit të dyanshëm në anën e pasme për ta ngjitur në kasë. Sidoqoftë, para se të ngjitni mbivendosjet, duhet të hapim vrimat. Përdora një vrimë të lirë prej 4mm prej vrimë lëkure dhe mora rezultatet më të mira duke mprehur grushtat dhe duke prerë drejtpërdrejt kundër disa fletëve të aluminit prej 3mm. Pastaj mbivendosjet vetëm duhet të rreshtohen dhe mbërthehen.

Hapi 9: Përfundim

Dhe mbaruam! Ky ka qenë një projekt mjaft i madh që kërkon një sërë aftësish duke përfshirë elektronikën bazë, bashkimin, modelimin 3D, programimin dhe madje edhe një paraqitje të vogël grafike. Në fund të fundit ka qenë shumë shpërblyese dhe pajisja e përfunduar është kënaqësi e madhe për të luajtur me të, por si shkon kundër kritereve të mia origjinale?

I lirë: Kostoja e përgjithshme e gjithçkaje, përfshirë çmimet aktuale të shitjes me pakicë të artikujve që unë tashmë i kam në pronësi dhe artikujt e shkrimit si kaseta e dyanshme e cila do të zgjasë përtej këtij projekti, është rreth 80 £ që e bëjnë atë një projekt të përballueshëm.

Portativ: definitelyshtë padyshim i lëvizshëm. Kjo pajisje përshtatet mirë në një xhep dhe është plotësisht e pavarur, kështu që mund të përdoret kudo. Nëse do ta ndërtoja përsëri, do të bëja një kontrollues të sheshtë me 4 drejtime të stilit joypad në vend që të përdorja shkopin e navigimit pasi del jashtë vijës së pajisjes duke e lënë atë të pambrojtur ndaj dëmtimit. Do të doja gjithashtu të shikoja nëse një ekran pa prekje me madhësi dhe raport të ngjashëm është i disponueshëm me një mbulesë më rezistente ndaj gërvishtjeve pasi nuk kam nevojë për ndërfaqen e ekranit me prekje dhe sipërfaqja rezistente është veçanërisht e prirur për dëmtim.

Tastiera & Xhojstik: Jam vërtet i kënaqur me mënyrën sesi funksionuan këto. Edhe pse nuk ka ndjenjën e mishit të vdekur të origjinalit, përdorimi i tastierës çuditërisht të kujton spektrin e vjetër ZX - paraqitja, mbivendosja dhe zbatimi i fjalëve kyçe funksionojnë mirë së bashku për ta arritur këtë. Tastiera USB gjithashtu mund të përdoret më vete me një kompjuter që përdor emulatorin e siguresave për të siguruar të njëjtën përvojë.

E menjëhershme: Përdorimi i modulit serik Bluetooth e bën relativisht të lehtë transferimin e arkivave të kasetave në pajisje nga një kompjuter tjetër pa pasur nevojë të dilni nga ndërfaqja e siguresave, dhe duhet të jetë e mundur të thjeshtoni procesin më tej duke shkruar një skenar nga ana e klientit për të dërguar një skedar te pajisja. Unë do të preferoja të isha në gjendje të përdor funksionin standard të transferimit të skedarëve Bluetooth "dërgoni në pajisje" të integruar në shumicën e sistemeve operative, ose një sistem të duhur të ndarjes së skedarëve si Samba. Sidoqoftë, ato do të jenë në dispozicion vetëm me bordin Pi Zero W dhe unë nuk e përdor atë për këtë ndërtim.

Përveç artikujve të përmendur më lart, nëse do ta filloja përsëri këtë projekt nga e para, do të zgjidhja një bateri më të hollë me një kapacitet më të madh në fillim të projektit dhe do të dizajnoja rreth tij në vend që të kisha nevojë për të zgjedhur një bateri të madhësisë së përshtatshme në fund të projekti. Unë gjithashtu do të përdorja një Pi Zero W dhe jo një modul serial Bluetooth për të zgjeruar opsionet për dërgimin e skedarëve në pajisje. Një përmirësim tjetër i dukshëm do të ishte një lloj treguesi i gjendjes së baterisë harduerike pasi aktualisht nuk ka asnjë mënyrë për të parë se sa ngarkesë ka mbetur. Unë gjithashtu do të konsideroja përdorimin e një OS të bazuar në Ramdisk si Alpine Linux i cili do të ishte më tolerant ndaj mbylljeve të forta dhe duhet të lejojë një ndërprerës të vetëm ndezje/fikje pa pasur nevojë për një buton të veçantë mbylljeje - shumë më tepër si spektri origjinal ZX, shkëputeni kur të keni mbaruar.

Mund të jetë interesante të hartohet një PCB e personalizuar për këtë pajisje e cila, potencialisht, do të na lejojë të vendosim përbërësit e energjisë në pjesën e pasme të tastierës në vend që të kemi një tabelë të veçantë. Kjo mund të zvogëlojë ndjeshëm thellësinë e pajisjes së përfunduar. Gjithashtu do ta bënte më të lehtë montimin e pajisjes dhe do të ofronte potencialin e një lloji të kompletit të vetë-montimit. Nëse ka interes të mjaftueshëm për këtë projekt, unë mund të bëj një version 2 i cili adreson këto çështje.

Hapi 10: Burimet

Burimet e mëposhtme janë të nevojshme për ndërtimin e këtij projekti:

Skedarë rastesh të printueshëm 3D (Thingiverse):

Kodi (Github):