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拆解40多年前的卡西歐與夏普計算器:芯片走線太漂亮了

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上次撿的計算器,還沒拆完,這次兩個兩個的拆,順便做個對比,這次拆的是夏普跟卡西歐。


先來看外觀,夏普就是沿用科學計算器最常用的,使用這種蓋板,反過來可以蓋住屏幕與鍵盤,卡西歐則是翻蓋保護套。


型號分別是夏普EL-546LV,卡西歐BF-100,簡單看下官方介紹。

具體參數( EL-546LV):

顯示:雙行顯示,上行 12 字符(表達式),下行 10 位 + 2 指數(結果)。

函數數量:約 307-470 個(視具體子型號,包含高級 D.A.L. 直接代數邏輯,支持輸入/編輯公式)。

主要功能:三角函數、指數、對數、分數計算、統計(1-變量)、積分/微分(部分型號支持)、方程求解、復數計算、坐標轉換等高級科學功能。

電源:雙電源(太陽能 + 電池,通常 2 × LR44)。

尺寸:約 84 × 145 × 16.5 mm。

重量:約 106g(含電池)。

其他:支持 FIX/SCI/ENG/NORM 顯示模式,百分比、根號、括號優先級等。

發布時間:EL-546 系列 V 變體(如 EL-546V)約 2002 年左右推出,EL-546LV 作為后續或區域特定版本,大約在 2000 年代中期(約 2005-2010 年間)

卡西歐(Casio)BF-100是一款早期商務/金融計算器(Business Finance Calculator),非科學計算器,主要針對財務、支票簿、貸款等計算。

具體參數:

顯示:LCD,10 位精度(部分來源顯示 10 位)。

邏輯:代數邏輯。

主要功能:財務專用,如復利、現值/終值、年金、貸款攤銷、日期計算、百分比、存儲器等;支持支票簿平衡、簡單算術。

鍵數:約 39 鍵。

電源:1 × CR2025 鋰電池(壽命約 1300 小時)。

尺寸/重量:小型便攜,重量約 60g(含電池)。

其他:帶原始盒裝、手冊的 vintage 型號,常作為收藏品出現。

發布時間:約 1981 年左右(早期 1980 年代初引入,日本制造)。


計算器的背部,夏普的,背部4顆螺絲,卡西歐的比較方便,電池蓋子不需要螺絲固定。卡西歐的標簽因為有保護殼,所以還很清晰,DC3V,功耗0.00043W,3V電池一個,日本制造。


兩個都取下電池,夏普是兩顆LR44電池,卡西歐是一顆2025電池。時間很久了,早就沒有電了,太陽能的夏普,也需要電池有一點點電量才可以使用。


先打開夏普的后殼,。后殼上很多結構,用于按鍵的時候來支撐力量,中間還特意設計圓形,剛好蓋住牛屎封裝。屏幕與太陽能,則使用了泡沫緩沖,。


首先看到PCB板右下角2002.11.26是生產日期,主板使用了8顆螺絲固定上殼,電池電源線在右邊,太陽能的在左邊,都做了支架固定。


兩顆電池串聯1.5V,串聯后3V供電。


太陽能板,電池在沒有電的情況下是沒辦法啟用的,現在的計算機可以完全脫離電池供電,陽光充足可以啟動,這個是沒辦法啟動。


屏幕的排線,LCD屏幕通過一個柔性扁平電纜(Flexible Flat Cable, FFC)或熱密封帶(heat-sealed ribbon)連接到主電路板(PCB)。這個帶子底部有條紋狀暴露觸點(conductive traces),類似于“zebra strip”(彈性導電橡膠條),這是老式計算器(如Sharp EL系列)和小型設備中常見的無焊接連接方式。

如何工作:zebra strip由交替的導電和絕緣層組成(看起來像斑馬紋),它被壓在LCD玻璃底部的觸點和PCB上的對應墊之間。通過外殼的壓力(螺絲或夾具)保持接觸,無需焊接。


U1很可能是一個定制的單芯片微控制器(ASIC),如Sharp的SC系列處理器(常見于2000年代計算器),負責計算邏輯、顯示驅動和鍵盤掃描。周邊元件主要支持電源管理、信號濾波、鍵盤接口和指示功能。下面我按類別分析可見元件(基于圖片標簽和標準電子電路設計),包括類型、位置、可能功能和潛在問題。


電路板上有兩個 SMD LED(標記為 LED1 和 LED2,黃色封裝),它們位于主芯片 U1 附近,靠近電源和鍵盤區域。

根據 Sharp 科學計算器(如 EL-546 系列)的典型設計、類似型號的手冊描述以及常見低功耗計算器電路布局,這兩個 LED 的作用如下(概率從高到低排序):

低電池/電源指示燈(最常見用途)

其中一個 LED(通常是 LED1 或 LED2 中的一個)用于低電量警告(Low Battery Indicator)。

當電池電壓下降到一定閾值(例如低于約 2.4V–2.6V,總電壓兩個 LR44)時,芯片 U1 會驅動該 LED 點亮或閃爍,提醒用戶更換電池。

這在許多 Sharp 老款科學計算器中是標準功能,尤其雙電源(太陽能 + 電池)型號,當太陽能不足、主要靠電池時更容易觸發。

如果計算器使用中偶爾看到黃色/橙色小燈亮起,就是這個原因。

模式或狀態指示燈(次常見)

另一個 LED 可能用于特定模式指示,例如:

角度單位切換(DEG / RAD / GRAD)時的短暫提示。

統計模式(STAT)或復雜數模式(CPLX)激活時點亮。

錯誤/溢出指示(Error 或 Overflow)。

另一面不用拆了,是硅膠按鍵,一個元件也沒有。


整個后殼設計的合理,對應主板有很多結構來支撐。


拆完夏普,再來看看卡西歐,40多年前的計算器。拆下后殼,主板使用4顆螺絲固定,底部兩顆在殼固定可以一起固定主板。


反過來主板,硅膠有的已經長時間跟按鍵粘貼在一起了。電路板 (PCB):單層綠色印刷電路板(典型1980年代設計),體積緊湊(約10-12cm長),集成度高。板上走線簡單,主要連接芯片、鍵盤和LCD。沒有明顯的多層或復雜模塊,這反映了BF-100的低功耗、低成本設計(功耗<1mW)。


鍵盤:灰色橡膠膜鍵盤(dome switch),由圓形凸起接觸點組成(圖片中可見多個灰色圓點,對應鍵如”+/-“、”%”、”X”、”+”等)。工作原理:按鍵時橡膠點接觸板上金色墊,形成閉合電路。常見于老款Casio計算器,耐用但易積灰或老化導致按鍵失靈。


(Casio BF-100計算器的內部電路板特寫,中央黑色DIP封裝芯片標記為“HD43131”,帶有“?1E”版權符號和“A1”批次標記),這 是Hitachi (日立) 制造的定制LSI (Large Scale Integration) 芯片。HD43131屬于Hitachi HD43系列4-bit微控制器家族,該系列專為低功耗嵌入式應用設計,包括早期電子計算器、時鐘和小型設備。Casio在1980年代初的計算器(如BF-100)中廣泛使用Hitachi芯片,因為它們成本低、集成度高,且適合電池供電場景


核心:4-bit單芯片微控制器(Single-Chip Microcomputer),集成CPU、ROM、RAM和外圍電路。這意味著它不需要外部芯片即可運行整個計算器邏輯。

CPU:4-bit ALU (算術邏輯單元),支持基本運算(如加減乘除、百分比)、分支和循環。時鐘頻率低(約32kHz–500kHz,由外部晶體或RC振蕩器驅動 – 圖片中可能有相關元件在芯片左側金色墊附近)。

存儲:

ROM:內置程序存儲(約1-4KB),預燒錄Casio的財務算法,包括復利計算 (Compound Interest)、年金 (Annuity)、貸款攤銷 (Amortization)、日期計算 (Date Functions) 和支票簿平衡 (Checkbook Balancing)。

RAM:小型數據存儲(約32-128字節),用于臨時變量、寄存器和顯示緩沖。支持10位數字精度(匹配BF-100規格)。


整體設計:這是單層 PCB 鍵盤矩陣(keyboard matrix on PCB),不是現代的多層 PET 薄膜鍵盤(membrane sheet)。Casio BF-100(1981年左右型號)采用經典的橡膠圓頂 + PCB 接觸墊方式:

橡膠圓頂,灰色橡膠膜,每個鍵下方有一個圓錐形/圓頂狀凸起,底部涂有導電碳層(conductive carbon pad)(通常是黑色或深灰色圓點)。

PCB 接觸墊:中間正是這些墊子——每個鍵對應一組弧形銅跡線

當按鍵時,橡膠圓頂被壓下,碳層橋接兩側銅跡,形成閉合電路 → 芯片(HD43131)檢測到矩陣交叉點 → 識別按鍵。

增加接觸面積,提高可靠性(碳層壓下時更容易橋接)。

防止單點接觸失效(多點設計容錯更好)。

常見于老款 Casio、Sharp、TI 計算器鍵盤,節省空間且成本低。

就是這么兩個計算器,一個比我年齡還大的卡西歐,一個2000年左右的夏普,下次繼續拆這兩個計算器,看那些年的電子產品。

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