HPIB为惠普公司在70年代定义的一种通讯总线,最初应用于惠普自家的仪器和计算机之间的数据传输。在获得较为广泛的成功之后,被IEEE(电气电子工程师学会)标准化为IEEE-488总线,并改名成电子工程师们耳熟能详的GPIB总线,一直应用到今天。本文拆解的HP59401A为HPIB总线出现早期,惠普公司为总线调试制造的测试工具。


简介

60年代中后期,随着电子仪器的数字化进程和计算机的普及,工业和测试自动化需求也变得越发广泛。早期的数字式仪表,数据输出格式并没有统一的规范,这也给设备之间的互连带来了麻烦。惠普作为行业大佬,早在60年代便开始了仪器互联的研究和标准的制定,最终于1972年正式推出了HPIB(Hewlette Packard In,terface Bus)总线标准。HPIB是一种8位的并行总线,用于仪器设备和计算机之间的近距离通讯,且支持多个设备并联,每个设备对应一个0-30的地址。总线上的设备分为talker, listener和controller三大类。当一个设备想发送信息时,它就会切换成talker。当设备处在接收信息状态时,它的状态会切换为listener。而controller则是总线上的老大,它说话时,所有设备都得移交总线的使用权,乖乖变成listener。不得不说,当时的工程师取名字还真的挺形象。
HPIB总线在获得较为广泛的成功之后,被IEEE(电气电子工程师学会)标准化为IEEE-488总线,并改名成电子工程师们耳熟能详的GPIB(General Purpose Interface Bus)。这种总线标准因为实时性好,扩展能力强,传输速率相对较高(可达1MB/s),统治了测量仪器领域30多年,即使在2020年,仍然有很多新生产的仪器保留了对GPIB的支持。不过GPIB总线由于本身是并行结构,线缆中的信号线数量过多,导致其成本也相对较高,且一定程度上降低了可靠性,同时也制约了总线速度的进一步提升。随着2005年基于以太网的LXI标准出现,这一总线才逐渐开始淘汰。

1975年1月的HPJounal封面,工程师正在使用HP59401A调试一堆HPIB仪器

本文拆解的HP59401A是一台HPIB总线调试设备,可以连接到总线中用于监控总线上的数据通讯。同时,其内置缓存可以存储32条HPIB指令,使其作为talker或者controller用于调试总线上的其他设备。这台机器最具时代特色的就是它面板上的一堆拨动开关。使用时,数据和指令均通过拨动那些开关输入,颇具当年小型计算机的感觉。这台机器还使用了惠普最早期的点阵LED显示技术,可以将数据以字符形式直观展现。
这台机器的来历也挺曲折。2017年毕业旅行去美国,中途参观了俄亥俄州代顿市的Hamvention,世界最大的业余无线电集会之一。在集市上看到这台机器以15美金的价格出售,当时也没想多,看体积也还能接受,便顺手捡了回来。

摆在Hamvention地摊上的59401,这里简直是垃圾佬的天堂

话不多说,看拆解吧。



拆解

外观,采用的HP标准尺寸机箱

面板,除了一个执行按钮之外,全部是钮子开关,跟70年代的小型机一样。值得注意的是,机器的输入输出用的都是失传已久的8进制表示,开关为3位一个分组

机器前面有一张简单明了的操作说明,需要时可抽出。上面还有一张8进制的ASCII码表

机器反面

HPIB接口,用于连接至总线

这是一些测试信号输出

插上电缆的样子,插上的是后期的GPIB电缆,但本身是完全兼容的

打开上盖

机器结构设计比较合理,可以轻松移去前面板

拆掉面板的样子

机器里一共两块电路板,主要的逻辑由上面控制,接口和开关输入由下面的板控制

上电路板,四块蓝色座子上的芯片其实是ROM。这个仪器内部没有单片机或者CPU,所有逻辑都通是直接通过数字逻辑电路实现

拆下的板子

反面,可以看出这块PCB远不止两层,而且看这横平竖直的走线,很有可能是用早期的EDA软件设计

走线局部,看上去是6层PCB。惠普毕竟财大气粗,东西也卖得贵,似乎并不太在意成本

透光看PCB,其实走线密度还是挺低的。压缩一下四层甚至2层都可能能走下

PCB局部,四块ROM芯片

编号2233

74系列数据选择器

这颗大S的芯片也是块ROM

排阻

一排罐头封装的三极管,用于扫描LED显示器

这颗芯片过波峰焊时候似乎不太老实

电路板上的HP图标

板子编号

拆掉上板后能看到下板,主要功能是电源,开关输入逻辑和HPIB接口

电源部分

警告标志,提示下边有高压。惠普早期的设备很多都会对高压或市电部分作隔离和保护,使得维修和调试更为安全

巨大的电解电容

这里用了些湿钽电容,还是挺发烧的

仔细看PCB内部的走线,完美诠释了什么叫单点接地。虽然对于纯数字电路这样的接地好像并没有太大意义,有时候甚至可能有负面效果

连接面板开关的逻辑电路,整整齐齐很好看


这几颗芯片是HPIB总线收发器

下面看看面板

面板局部,隐约能看到里面的点阵LED

拆掉滤光片

滤光片下面还有一块均光板,使得指示灯的光线更为均匀

然而仔细看会发现这块板居然是一块双层PCB。不透光的地方是完整的铜箔。这样的面板设计完全没有考虑成本,但效果竟然出奇的好

拆掉第一层盖板,底下还有一层铝板

开关特写

拆掉第二层铝板后,总算能看到PCB了

金光闪闪的Logo

早期LED指示灯

开关

开关特写

非常漂亮的点阵LED,采用白色陶瓷基板。透过上表面的玻璃可以清晰看到里面的发光芯片和金色走线

这种点阵显示器件最早于1970年出现在惠普的资料上,当时给出的报价最便宜是30刀每个字符(5*7点阵),换算到2020年大约是200刀一个字。一个三位的点阵显示器价格就高达600刀,是不是很可怕

LED采用镀金管脚

反面可以看到型号

侧面

这张图实在是太好看

对比一下惠普其他型号的点阵显示器,上面的只能显示数字和部分字母,常见于万用表频率计等设备

显示器工作图,显示器最左边两位表示的是指令步数,右边三位是8进制表示的总线数据,而左边第三位则是数据的字符显示

最后,附上59401的操作说明书,维护说明书暂时没有找到电子版本。
HP59401A Operating Manual
以上便是全部内容啦,我会择机录一段视频,给大家直观感受下机器的操作。

~完,感谢您阅读~


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