ZT：拆解HP59401A HPIB总线分析仪

哈里.谢顿

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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。

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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~

tclm

不明觉厉啊

—— 来自 HUAWEI OXF-AN10, Android 10上的 S1Next-鹅版 v2.4.1

win8

johentai 发表于 2020-8-30 22:52
HPIB太古了没接触
刚刚工作遇到挺多设备都是九十年代的遗产，很久的工控插着ISA接口的GPIB卡，接了一串hp的 ...

现在和仪器通讯主要也还是走gpib吧。走usb的通用性要比gpib低很多，开发速度会慢一些。走以太网口据说容易但是我没搞过

cody198879

底层用visa开发的话，无论走gpib，usb，还是以太网都是一样的。

—— 来自 HUAWEI EVR-AL00, Android 10上的 S1Next-鹅版 v2.4.1

bestword

那么这东西现在有什么用处呢？

—— 来自 Xiaomi Redmi K20 Pro, Android 10上的 S1Next-鹅版 v2.4.1

ambivalence

这成色简直不像70年代的东西，保存的真好

shimmy1996

kuleisite1992 发表于 2020-8-31 07:52
话说日本人有一种酷似GPIB，接口看上去一模一样
但是实际上完全不能通用的接口是哪一种
...

也许是SCART/JP21？

爱夏

仪器上简直就是各种浪费...羡慕有这资源

MakeLaugh

好东西