Pentagon 1024 ZP Crocodile Edition V3 — полноразмерный клон ZX Spectrum/Pentagon на реальном Z80

Pentagon 1024 ZP Crocodile Edition V3 — это расширенная ретроплатформа, представляющая собой полноценную материнскую плату в формате MicroATX на основе реального процессора Z80 и дискретной TTL-логики. Ключевая особенность — физическая аппаратная архитектура: процессор, SRAM, видеогенератор, два звуковых чипа YM2149F, контроллер дисковода и системная шина расширения. Это не FPGA-эмуляция, а самостоятельный 8-битный компьютер, работу которого можно исследовать по отдельным сигналам и микросхемам.

Главная идея проекта: сохранить характер и схемотехнику классического Pentagon, но добавить практичные возможности современной ретросистемы: 1 МБ памяти, RGB, IDE, ATX-питание и несколько слотов расширения.

Основные характеристики​

Процессор и системная архитектура​

Центральный процессор — КР1858ВМ1, совместимый с Zilog Z80. На системной шине присутствуют классические линии A0–A15, D0–D7, MREQ, IORQ, RD, WR, M1, RFSH, INT, NMI, WAIT, BUSRQ/BUSAK, HALT и RESET. Это полноценная Z80-шина, доступная аппаратной логике и слотам расширения.

Основной генератор работает на 14 МГц. Из этой частоты формируются производные тактовые сигналы, включая примерно 3.5 МГц для процессора и частоты, необходимые видеотракту.

Особенности:

• Настоящий Z80-совместимый CPU, а не программная модель.
• Физическая адресная и информационная шина.
• Аппаратные INT/NMI/WAIT/BUSRQ и другие классические сигналы Z80.
• Реализован цифровой генератор сигнала INT (вместо аналогового RC-генератора). Обеспечивает ровно 32 такта, не требует подбора компонентов. Реализован на свободной половинке триггера (ТМ2) от TurboSound.

Оперативная память: 1 МБ SRAM​

На плате установлены две микросхемы AS6C4008-55PCN по 512 КБ каждая. Совокупный объём составляет 1024 КБ SRAM. Это в 8 раз больше, чем у Spectrum 128K, и более чем в 20 раз больше, чем у Spectrum 48K.

Поскольку Z80 видит 64 КБ адресного пространства, дополнительная память доступна через аппаратное банковое переключение. Использование статической SRAM упрощает физическую память по сравнению с классической DRAM — сама SRAM не требует регенерации.

Видеосистема​

Видеотракт выполнен на дискретной логике и фактически заменяет функции ULA. Отдельные счётчики, регистры, сдвиговые регистры, мультиплексоры и логические элементы формируют адреса видеопамяти, получают пиксельные и атрибутные данные, создают последовательный видеопоток и вырабатывают RGB и синхронизацию.

Особенности:

• Нативный RGB-видеовыход.
• Отдельные сигналы Red / Green / Blue / Intensity / Sync.
• Аппаратная генерация изображения — без FPGA.
• Работу видеогенератора можно наблюдать осциллографом или логическим анализатором по этапам.

Звук​

На материнской плате установлены два YM2149F. Каждый содержит три программируемых PSG-канала, поэтому аппаратно доступно шесть PSG-каналов. Дополнительно сохранён классический однобитный Spectrum-beeper.

Звуковая конфигурация: Beeper + 3 канала YM2149F №1 + 3 канала YM2149F №2.

Кассетный интерфейс, клавиатура и Kempston​

Проект сохраняет классические интерфейсы Spectrum:

• Tape IN и Tape OUT — входной аудиосигнал проходит аппаратное формирование.
• Клавиатура — матричная, в духе ZX Spectrum.
• Джойстик — встроенный 8-битный Kempston-интерфейс. Для корректной работы рекомендуется устанавливать подтягивающие резисторы 1 кОм (вместо 10 кОм) для совместимости с адаптерами Sega Mega Drive.

Дисковая подсистема FDD​

На плате установлен контроллер КР1818ВГ93 / MB8877A (семейства WD179x). Он формирует стандартные сигналы управления дисководом: STEP, DIRECTION, WRITE GATE, TRACK 0, INDEX, READY, WRITE PROTECT, а также DRQ и INTRQ. На плате предусмотрен 34-контактный интерфейс FDD и отдельная тактовая подсистема с генератором 8 МГц.

IDE / PATA​

На материнской плате имеется 40-контактный IDE-разъём (PATA), подписанный для CD/HDD. Поскольку Z80 имеет 8-битную шину данных, а IDE — 16-битную, на плате реализована дополнительная регистровая/буферная логика для согласования двух половин IDE-слова. Это не пассивный разъём: контроллер интерфейса сформирован аппаратно.

Четыре слота NemoBus​

На плате расположены четыре слота NemoBus (NEMOBUS0–NEMOBUS3). На них выводится значительная часть системной шины Z80, включая адресные, информационные и управляющие сигналы. Для ряда слотов предусмотрено конфигурируемое дополнительное питание +12 В. Для энтузиаста это превращает компьютер в модульную платформу: периферийные карты можно подключать без вмешательства в основную материнскую плату.

ROM и переключение прошивок​

Схема предусматривает ROM/Flash-подсистему с аппаратным выбором банков: на плате присутствуют ROM SEL и ROM SEL EXT, а посадочное место рассчитано на несколько вариантов микросхем. Это позволяет организовать несколько системных прошивок или сервисных ROM.

Важно: по самой принципиальной схеме нельзя определить, какие именно ROM уже записаны в конкретный экземпляр. Это необходимо уточнять у продавца.

Конструктивные особенности​

​

Что в итоге имеем:​

• Настоящая аппаратная ретросистема, а не FPGA-эмулятор.
• 1 МБ SRAM и расширенная память по сравнению с классическими Spectrum.
• Нативный RGB-видеовыход.
• Два физических YM2149F и шесть PSG-каналов.
• Встроенные FDD и IDE-интерфейсы.
• Четыре слота NemoBus для дальнейшего расширения.
• Совместимые с ретросистемой Tape, Kempston, NMI и RESET.
• Стандартное ATX-питание и удобная крупная плата.
• Высокая ремонтопригодность и возможность исследования схемы осциллографом.

Итоговая оценка​

Pentagon 1024 ZP Crocodile Edition V3 — это технически насыщенная и необычная ретроплатформа. Главная причина выбрать именно такой компьютер — его физическая аппаратная природа. Здесь процессор, память, видео, звук, FDC и шины существуют в реальном железе. Для коллекционера, радиолюбителя или разработчика это даёт существенно больше возможностей для изучения, ремонта и модернизации, чем компактная FPGA-реализация. Если конкретный экземпляр полностью собран, настроен и прошёл тест RAM, RGB, обоих YM2149F, FDD/IDE и интерфейсов, то это одна из наиболее функционально насыщенных «железных» реализаций семейства Pentagon для энтузиаста.

Файлы для загрузки​

Процесс сборки:​

Видео от автора:​

А здесь сам автор данного проекта паяет плату, попутно рассказывая все тонкости и нюансы. Видео состоит из двух частей:

Полезные ссылки проекта:​

• Группа автора в Telegram — ссылка на группу