Minstrel 3 - Z80 / ZX81 SBC 8-Bit DIY Computer Kit mit ZXpand

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Einleitung

Auf der Suche nach einem energiesparenden Computer mit dem man Retro Spiele aus den 80er spielen kann, bin ich auf das DIY Kit Minstrel Issue 3 - ZX81 Compatible computer kit von Dave Curran (Tynemouth Software - Making new things for old computers) aufmerksam geworden.

Hinweis: Falls Du nur auf hochauflösende Grafik, hohe Bildwiederholfrequenzen und exorbitanten Stromverbrauch stehst, dann kannst Du jetzt hier aufhören zu lesen.

Meine Anforderungen:

  • 80er Jahre Spielspaß
  • Pixelgrafik
  • geringer Stromverbrauch
  • langlebig
  • nachhaltig
  • selbst zu reparieren
  • SD card für Programme und Spiele
  • USB Stromversorgung (hat dieser Computer leider nicht, kann man aber selber nachrüsten)

Spezifikationen

  • ZX81 kompatibel
  • Zilog Z80 CPU
  • 3.25 MHz (same as classic ZX81)
  • 27C256 ROM (CMOS EPROM)
  • 62256 32K RAM (more than classic ZX81)
  • Fast / Slow Mode
  • PAL / NTSC monochrome composite
  • Auflösung 32x22/24 (256x192)
  • 8K BASIC
  • SD card (ZXpand Modul)
  • Joystick Anschluss (ZXpand Modul)
  • 9-11V DC / 100mA (Stromverbrauch ist sehr gering)

Zusammenbau

Alle Schritte zum Zusammenbauen sind sehr gut und ausführlich in dem mitgelieferten Handbuch beschrieben - das Beste was ich je in dieser Art Projekte gesehen habe.

Minstrel Issue 3 ZX81 with ZXpand

Abweichend vom Handbuch habe ich das ZXpand Modul nicht fest mit dem ZX81 Board verlötet sondern über eine Stiftleiste mit gedrehten Buchsen verbunden:

Minstrel Issue 3 ZX81 ZXpand

Du solltest einige Erfahrung und Geduld im Löten mitbringen, da viele IC’s / Sockel gelötet werden müssen.

Werkzeug

  • Elektroniker Seitenschneider
  • Lötkolben + Lötzinn
  • Multimeter
  • ESD Ausstattung (Unterlage, Armband etc.)
  • Bürste und Reinigungsmittel für Platine
  • Oszilloskop (optional, 10Mhz ausreichend)

Abweichend vom Handbuch habe ich IC-Sockel verwendet, statt die IC’s auf das Board zu löten, das erleichtert den Austausch falls ein IC ausfallen sollte.

Da ich den Computer mit Akkus (8*1.2V = 9.6V) betreiben möchte habe ich (Tip von Dave Curran) statt dem linearen 7805 Spannungsregler einen 1W Schalt-Spannungsregler der 78XXSR-Serie verbaut (Im folgenden Bild die kleine Schaltung oberhalb von 9-11V). Dieser hat einen erweiterten Eingangsspannungsbereich von 7.5 - 36V DC, einen Ausgangsstrom von 500mA und eine Effizienz über 90%.

Minstrel Issue 3 ZX81 - Voltage Regulator Mod

Außerdem habe ich nach dem verlöten aller Komponenten (ohne Bestückung der IC Sockel) einige Tests durchgeführt:

  1. Ohne Spannungsversorgung (zur Prüfung auf Kurzschluss):

    • Widerstandsmessung
    • Kapazitätsmessung

  2. Mit Spannungsversorgung:

    • Messung der Spannung an allen IC’s mit Multimeter, sollte ~5V sein, für Z80, 62256 und 27C256 habe ich mir das entsprechende Datenblatt aus dem Internet geladen, um die Pins +5V und GND zu identifizieren.

    • Messung der Z80 CPU Clock mit Oszilloskop

Nachdem ich keine Auffälligkeiten feststellen konnte habe ich alle IC’s bestückt und das Board mit einem Monitor verbunden und das Board mit einer 9V Block Batterie (6LR61) mit Strom versorgt (ich habe mir noch vorher ein Kabel zur Spannungsversorgung - nicht im Lieferung enthalten - zusammen gelötet).

Ich wurde beim ersten Start erfolgreich mit folgendem Prompt begrüßt:

K

Das Laden von ZXpand hat auch auf Anhieb funktioniert, im folgenden Bild ist das Demo “Metropolis” zu sehen:

Minstrel Issue 3 ZX81 - Metropolis Demo

Ich habe noch eine Temperaturmessung der IC’s vorgenommen: ca. 25°C (IC’s) bei 21°C Zimmertemperatur.

Außerdem habe ich eine Messung der Stromaufnahme durchgeführt, diese betrug ~70mA (ohne ZXpand), ~102mA (mit ZXpand).

Ich verwende zur Stromversorgung 8 x 2700 AA NiMH Akkus, 8 x 1.2V ergibt eine Spannung von 9.6V (ausreichend für den 7805 Fest-Spannungsregler / 1W Switching Spannungsregler) und mit einer Kapazität von 2700 mAh (ausreichend für mehr als 24h Spielspaß).

Mit einer 10000mAh USB Powerbank und einem Step-Up DC/DC Spannungsregler kann man den kleinen Computer 100 Stunden bzw. ~4 Tage a 24h nonstop betreiben - spielen bis der Arzt kommt ohne hohe Stromkosten (10Wh für 4 Tage a 24h entspricht ~0.0033€ bei 0.33€/kWh), eine Spielekonsole ~350W würde in 4 Tagen a 24 Stunden 33600Wh = 33.6kWh verbrauchen (das entspricht ~11€ bei 0.33€/kWh).

1 kWh entspricht ~400g CO2, das bedeutet ~14.5kg CO2 für 4 Tage a 24h Spielekonsole im Vergleich zu ~4g CO2 (g nicht kg) für 4 Tage a 24h spielen mit dem Minstrel ZX81.

Fazit

Ein sehr gelungenes Produkt, danke Dave Curran, durch die Top Anleitung hatte ich keine Probleme den Computer zusammenzubauen und zum Leben zu erwecken.

Der Zusammenbau erfordert Kenntnisse und Geduld im Löten.

Der geringe Stromverbrauch passt sehr gut zur aktuellen Klimakrise wo jedes eingesparte kW Strom zur Verbesserung beiträgt.

Der kleine Rechner wird jedes iGerät überleben und auch noch in 20 Jahren funktionieren, und falls ein Bauteil ausfallen sollte, auch in 20 Jahren noch austauschbar sein (Vorteil bei Verwendung von Standardbauteilen und Standard Akkus).

BASIC PROGRAMS

10 REM PRINT ALL CHARACTERS
20 FOR C=0 TO 255
30 PRINT CHR$ C;
40 NEXT C

Musik

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