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拆解40多年前的卡西欧与夏普计算器:芯片走线太漂亮了

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上次捡的计算器,还没拆完,这次两个两个的拆,顺便做个对比,这次拆的是夏普跟卡西欧。


先来看外观,夏普就是沿用科学计算器最常用的,使用这种盖板,反过来可以盖住屏幕与键盘,卡西欧则是翻盖保护套。


型号分别是夏普EL-546LV,卡西欧BF-100,简单看下官方介绍。

具体参数( EL-546LV):

显示:双行显示,上行 12 字符(表达式),下行 10 位 + 2 指数(结果)。

函数数量:约 307-470 个(视具体子型号,包含高级 D.A.L. 直接代数逻辑,支持输入/编辑公式)。

主要功能:三角函数、指数、对数、分数计算、统计(1-变量)、积分/微分(部分型号支持)、方程求解、复数计算、坐标转换等高级科学功能。

电源:双电源(太阳能 + 电池,通常 2 × LR44)。

尺寸:约 84 × 145 × 16.5 mm。

重量:约 106g(含电池)。

其他:支持 FIX/SCI/ENG/NORM 显示模式,百分比、根号、括号优先级等。

发布时间:EL-546 系列 V 变体(如 EL-546V)约 2002 年左右推出,EL-546LV 作为后续或区域特定版本,大约在 2000 年代中期(约 2005-2010 年间)

卡西欧(Casio)BF-100是一款早期商务/金融计算器(Business Finance Calculator),非科学计算器,主要针对财务、支票簿、贷款等计算。

具体参数:

显示:LCD,10 位精度(部分来源显示 10 位)。

逻辑:代数逻辑。

主要功能:财务专用,如复利、现值/终值、年金、贷款摊销、日期计算、百分比、存储器等;支持支票簿平衡、简单算术。

键数:约 39 键。

电源:1 × CR2025 锂电池(寿命约 1300 小时)。

尺寸/重量:小型便携,重量约 60g(含电池)。

其他:带原始盒装、手册的 vintage 型号,常作为收藏品出现。

发布时间:约 1981 年左右(早期 1980 年代初引入,日本制造)。


计算器的背部,夏普的,背部4颗螺丝,卡西欧的比较方便,电池盖子不需要螺丝固定。卡西欧的标签因为有保护壳,所以还很清晰,DC3V,功耗0.00043W,3V电池一个,日本制造。


两个都取下电池,夏普是两颗LR44电池,卡西欧是一颗2025电池。时间很久了,早就没有电了,太阳能的夏普,也需要电池有一点点电量才可以使用。


先打开夏普的后壳,。后壳上很多结构,用于按键的时候来支撑力量,中间还特意设计圆形,刚好盖住牛屎封装。屏幕与太阳能,则使用了泡沫缓冲,。


首先看到PCB板右下角2002.11.26是生产日期,主板使用了8颗螺丝固定上壳,电池电源线在右边,太阳能的在左边,都做了支架固定。


两颗电池串联1.5V,串联后3V供电。


太阳能板,电池在没有电的情况下是没办法启用的,现在的计算机可以完全脱离电池供电,阳光充足可以启动,这个是没办法启动。


屏幕的排线,LCD屏幕通过一个柔性扁平电缆(Flexible Flat Cable, FFC)或热密封带(heat-sealed ribbon)连接到主电路板(PCB)。这个带子底部有条纹状暴露触点(conductive traces),类似于“zebra strip”(弹性导电橡胶条),这是老式计算器(如Sharp EL系列)和小型设备中常见的无焊接连接方式。

如何工作:zebra strip由交替的导电和绝缘层组成(看起来像斑马纹),它被压在LCD玻璃底部的触点和PCB上的对应垫之间。通过外壳的压力(螺丝或夹具)保持接触,无需焊接。


U1很可能是一个定制的单芯片微控制器(ASIC),如Sharp的SC系列处理器(常见于2000年代计算器),负责计算逻辑、显示驱动和键盘扫描。周边元件主要支持电源管理、信号滤波、键盘接口和指示功能。下面我按类别分析可见元件(基于图片标签和标准电子电路设计),包括类型、位置、可能功能和潜在问题。


电路板上有两个 SMD LED(标记为 LED1 和 LED2,黄色封装),它们位于主芯片 U1 附近,靠近电源和键盘区域。

根据 Sharp 科学计算器(如 EL-546 系列)的典型设计、类似型号的手册描述以及常见低功耗计算器电路布局,这两个 LED 的作用如下(概率从高到低排序):

低电池/电源指示灯(最常见用途)

其中一个 LED(通常是 LED1 或 LED2 中的一个)用于低电量警告(Low Battery Indicator)。

当电池电压下降到一定阈值(例如低于约 2.4V–2.6V,总电压两个 LR44)时,芯片 U1 会驱动该 LED 点亮或闪烁,提醒用户更换电池。

这在许多 Sharp 老款科学计算器中是标准功能,尤其双电源(太阳能 + 电池)型号,当太阳能不足、主要靠电池时更容易触发。

如果计算器使用中偶尔看到黄色/橙色小灯亮起,就是这个原因。

模式或状态指示灯(次常见)

另一个 LED 可能用于特定模式指示,例如:

角度单位切换(DEG / RAD / GRAD)时的短暂提示。

统计模式(STAT)或复杂数模式(CPLX)激活时点亮。

错误/溢出指示(Error 或 Overflow)。

另一面不用拆了,是硅胶按键,一个元件也没有。


整个后壳设计的合理,对应主板有很多结构来支撑。


拆完夏普,再来看看卡西欧,40多年前的计算器。拆下后壳,主板使用4颗螺丝固定,底部两颗在壳固定可以一起固定主板。


反过来主板,硅胶有的已经长时间跟按键粘贴在一起了。电路板 (PCB):单层绿色印刷电路板(典型1980年代设计),体积紧凑(约10-12cm长),集成度高。板上走线简单,主要连接芯片、键盘和LCD。没有明显的多层或复杂模块,这反映了BF-100的低功耗、低成本设计(功耗<1mW)。


键盘:灰色橡胶膜键盘(dome switch),由圆形凸起接触点组成(图片中可见多个灰色圆点,对应键如”+/-“、”%”、”X”、”+”等)。工作原理:按键时橡胶点接触板上金色垫,形成闭合电路。常见于老款Casio计算器,耐用但易积灰或老化导致按键失灵。


(Casio BF-100计算器的内部电路板特写,中央黑色DIP封装芯片标记为“HD43131”,带有“©1E”版权符号和“A1”批次标记),这 是Hitachi (日立) 制造的定制LSI (Large Scale Integration) 芯片。HD43131属于Hitachi HD43系列4-bit微控制器家族,该系列专为低功耗嵌入式应用设计,包括早期电子计算器、时钟和小型设备。Casio在1980年代初的计算器(如BF-100)中广泛使用Hitachi芯片,因为它们成本低、集成度高,且适合电池供电场景


核心:4-bit单芯片微控制器(Single-Chip Microcomputer),集成CPU、ROM、RAM和外围电路。这意味着它不需要外部芯片即可运行整个计算器逻辑。

CPU:4-bit ALU (算术逻辑单元),支持基本运算(如加减乘除、百分比)、分支和循环。时钟频率低(约32kHz–500kHz,由外部晶体或RC振荡器驱动 – 图片中可能有相关元件在芯片左侧金色垫附近)。

存储:

ROM:内置程序存储(约1-4KB),预烧录Casio的财务算法,包括复利计算 (Compound Interest)、年金 (Annuity)、贷款摊销 (Amortization)、日期计算 (Date Functions) 和支票簿平衡 (Checkbook Balancing)。

RAM:小型数据存储(约32-128字节),用于临时变量、寄存器和显示缓冲。支持10位数字精度(匹配BF-100规格)。


整体设计:这是单层 PCB 键盘矩阵(keyboard matrix on PCB),不是现代的多层 PET 薄膜键盘(membrane sheet)。Casio BF-100(1981年左右型号)采用经典的橡胶圆顶 + PCB 接触垫方式:

橡胶圆顶,灰色橡胶膜,每个键下方有一个圆锥形/圆顶状凸起,底部涂有导电碳层(conductive carbon pad)(通常是黑色或深灰色圆点)。

PCB 接触垫:中间正是这些垫子——每个键对应一组弧形铜迹线

当按键时,橡胶圆顶被压下,碳层桥接两侧铜迹,形成闭合电路 → 芯片(HD43131)检测到矩阵交叉点 → 识别按键。

增加接触面积,提高可靠性(碳层压下时更容易桥接)。

防止单点接触失效(多点设计容错更好)。

常见于老款 Casio、Sharp、TI 计算器键盘,节省空间且成本低。

就是这么两个计算器,一个比我年龄还大的卡西欧,一个2000年左右的夏普,下次继续拆这两个计算器,看那些年的电子产品。

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