一、项目概述

本项目为一套完整开源的手持复古计算机硬件方案（ESP32 Rainbow），以 ESP32‑S3 微控制器为核心，硬件采用 KiCad 完成全流程设计，实现经典 Sinclair ZX Spectrum 8 位家用计算机的软硬件仿真复刻。项目完整开放原理图、PCB 工程、Gerber 生产文件、BOM 物料清单与 3D 模型，爱好者可直接打样生产、自行组装；配套固件实现 ZX Spectrum 核心指令集、BASIC 解释器、磁带游戏加载、AY‑3‑8912 音频仿真，在还原原版机器使用体验的同时，借助 ESP32‑S3 的算力、WiFi 与 USB 能力拓展现代交互方式。

ZX Spectrum 是上世纪 80 年代极具影响力的 8 位微机，催生了大量经典独立游戏与 BASIC 开发文化。本项目不只是简单的模拟器移植，而是从外形、键盘布局、标志性彩虹侧边视觉标识上高度还原原版机型，做成一体化便携掌机形态，兼顾复古情怀与现代开源硬件的可玩性。

二、硬件方案

1. 主控单元：采用 ESP32‑S3 双核处理器，搭载大容量片外 PSRAM 与 Flash，满足 8 位机实时仿真、图形渲染、音频解码的算力需求，自带 USB‑OTG、WiFi、蓝牙，支持文件传输、固件升级。

2. 显示模块：搭载 320×240 分辨率 TFT 彩色显示屏，输出适配 ZX Spectrum 的 256×192 经典显示画面，还原原版色彩制式。

3. 键盘系统：按照 ZX Spectrum 原生 40 键布局设计矩阵键盘 PCB，丝印复刻原版字符，完整匹配 BASIC 快捷键与游戏操控逻辑。

4. 音频电路：集成扬声器驱动与耳机输出接口，仿真 AY‑3‑8912 三声道音效芯片，还原 ZX Spectrum 128K 版本经典配乐与音效。

5. 电源与外设：USB‑C 供电，板载电源管理电路；硬件拆分为主控板、键盘板、屏幕 FPC 子板等模块化设计，方便调试、替换配件。

6. 设计交付物：仓库内提供 KiCad 原理图与 PCB 源文件、Gerber 光绘文件、BOM 清单、封装库、3D 模型，遵循 GPL‑3.0 开源协议。

三、核心功能

1. ZX Spectrum 核心仿真：支持 48K/128K 机型模式，运行原生 BASIC 语言，支持代码输入、程序调试。

2. 复古游戏加载：支持 TAP 格式磁带镜像文件加载，可游玩 Manic Miner 等海量经典 8-bit 游戏。

3. 音频仿真：完整复刻 AY‑3‑8912 芯片音频输出，支持外放与耳机收听。

4. 现代扩展能力：依托 WiFi 可远程传输游戏镜像、在线获取资源；USB 接口支持固件刷写、外设扩展。

5. 开源可定制：硬件、资料全部开放，开发者可以修改 PCB 布局、调整按键、更换屏幕、移植衍生功能。

四、项目价值与应用场景

1. 复古计算机爱好者：自制收藏、怀旧游玩，体验 80 年代微机编程与游戏生态。

2. 嵌入式学习场景：适合 ESP32 开发、KiCad 硬件设计、CPU 模拟器开发、音视频驱动学习的实践案例。

3. 开源硬件示范项目：软硬件协同开源，模块化架构可作为小型手持嵌入式终端的参考模板。

4. 科普教育用途：用于计算机发展史科普，直观展示早期家用计算机架构、BASIC 编程。

五、开源说明

项目硬件仓库遵循 GPL‑3.0 开源协议，由 atomic14（Chris Greening）维护，配套固件独立发布；作者同步在 YouTube 发布多组调试、演示视频，持续迭代硬件版本，所有成果面向社区开放共享，允许非商业二次修改、自制。

六、项目地址

https://github.com/atomic14/esp32-zxspectrum-hardware