拆解HP59401A HPIB总线分析仪
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。
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。
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。