使用Z80核心處理器 經典的美國德州儀器TI-83 Plus圖形計算器拆修

德州儀器的TI-83系列圖形計算器始發於1996年,是史上最廣泛使用的圖形計算器之一。除了基本的科學計算器的功能外,TI-83還有許多功能,包括函數圖表製作、極座標製圖、參量製圖、序列製圖、統計分析、三角及代數函數。儘管它本身沒有提供微積分等一些特殊運算功能,但是TI-83可以通過網上下載程序而實現那些特殊運算。TI-83系列計算器支持用戶直接彙編語言和BASIC語言編程,也通過交叉編譯上傳間接支持C語言編程。

值得一提的是,TI-83計算器使用了史上最經典的8位CPU之一——Zilog公司的Z80作為核心處理器。1974年,世界上第一個CPU、英特爾的4004的發明人也是後續的8008、8080等CPU的設計師Federico Faggin因為在英特爾不受重視沒有得到應有的回報而憤然離職,出去獨立創業,建立了Zilog公司。該公司的第一個產品就是Z80 CPU,它是基於英特爾的8080,指令集和8080兼容。由於8080是Federico Faggin自己人在英特爾獨立設計的,所以Z80使用8080的指令集並不侵犯英特爾的版權和知識產權。Z80指令集和8080兼容,8080的各種軟件可以直接在上面運行,但是其設計大大優化增強了,執行效率比8080高得多,而價格卻低得多,所以一問世就大受歡迎,成為史上最成功的8位CPU之一,影響力甚至超過英特爾的原版8080。以Z80為核心的處理器一直到今天都仍然在廣泛生產和使用。可能是受工程師早年經驗和習慣的影響,德州儀器的多款圖形計算器產品從90年代開始一直到21世紀的今天都一直在使用70年代Federico Faggin設計的Z80核心處理器,包括TI-83系列計算器。
TI-83系列計算器的參數:
CPU:Zilog Z80 CPU, 6 MHz (TI-83, 83+), 或者基於Z80內核的Inventec 6S1837 (TI-83+ ) 。晚期產品的芯片打TI的商標和型號,但是內部仍然是同樣的設計。


ROM:24 KB ROM (TI-83)
閃存:512 KB (TI-83+),其中有160KB為可供用戶使用的歸檔區,類似於電腦的硬盤,用戶可將最多10個應用程序安裝在這裡或是儲存數據,銀裝版則提供2MB空間。
RAM:32 KB RAM, 其中用戶可使用24 KB (銀版為128 KB,但可供用戶使用的仍然為24KB,多出來的96KB用來安裝應用程序)
I/O:除了同計算機連接外, 還可同其他的TI計算器相互連接以交換數據。50個按鍵,幾乎都可以通過2nd按鍵調用第二功能,部分可以通過ALHA鍵調用第三功能。
電源:4節5號電池和1顆CR1616或CR1620備份用電池
顯示器:96×64像素的黑白液晶屏幕,可顯示8行正常大小的字母或數字,每行16個字符。使用中還可以將屏幕拆分以顯示不同的圖像或數據。
程序語言:TI-BASIC、彙編語言、機器碼
我這個TI-83 Plus最近突然不能開機了,換新電池仍然不能開機,所以拆開了修修看。外形是這樣的,屏幕有一塊輕微的黑斑,可能是偏振膜老化了:


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背面是電池倉:

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電池倉容納4節5號電池,可以使用乾電池也可以使用鎳氫充電電池。注意5號電池倉的上面還有一個小電池倉,用螺絲固定的,那個是裝CR1616或者CR1620鋰電池的,用於RAM數據後備:

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計算器的底部還有一個小插孔,這是用於和電腦通訊的,可以通過電腦上傳下載數據和程序:

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計算器的外殼用6顆T型螺絲固定,拆下:

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然後別忘了RAM後備鋰電池倉的螺絲也兼顧外殼固定,所以它也必須拆掉:

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這就是那個CR1616後備鋰電池:

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螺絲都拆掉後,用撬片輕輕一撬,外殼就打開了:

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底殼是這樣的:

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這是前殼,電路都在這裡:

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注意,5號電池和後備鋰電池都是裝在底殼上,但是底殼和前蓋的電路板並沒有排線或者電線相連,它們是用過彈簧接觸連接的。這是後備鋰電池倉的彈簧:

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它和前殼電路板上的這個鍍金觸點連接,進行電力傳送:

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而5號電池倉這裡也有兩個凸起的彈簧線:

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它們與電路板的這兩個鍍金觸點通過彈性接觸來傳送電力,看到這裡就發現不開機的故障原因了,右邊那個觸點的鍍金層已經磨損發黑,這會引起接觸電阻增大從而供電不足而導致計算器不能開機,等一下來處理維修它:

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電路板上有一大塊閃閃發亮的鋁箔用於屏蔽,防止電磁干擾:

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屏蔽鋁箔也是用螺絲固定在電路板上的:

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屏蔽鋁箔拆下:

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電路板就完全暴露出來了:

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看看電路板上的芯片。首先這是主控芯片Inventec 6S1837,它實際上是一個用現代半導體工藝生產的70年代設計的古老的Z80 CPU,內部集成了RAM內存,並增強了I/O驅動口,用於液晶和鍵盤驅動:

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而這一片很明顯是NOR Flash閃存,用於儲存計算器的固件以及用戶的程序:

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其他的芯片主要是些接口驅動芯片:

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此外還有些晶體管以及電壓變換等小芯片:

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電解電容基本都是固態電容,比較講究:

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注意這裡還有一個很小的500mA的白色保險絲。計算器裡還有保險絲,這設計周到得也沒誰了:

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液晶是通過貌似斑馬紙的排線連接的:

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而液晶上似乎有一顆方方正正的牛屎驅動芯片:

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拆解基本結束,最後就是維修了。維修很簡單,因為故障僅僅是因為電池倉和電路板的鍍金接觸盤磨損髒汙所致,所以用酒精清理一下接觸盤並稍微彎折一下彈簧觸線改變一下接觸點的位置避開磨損點並增加一點彈力,故障就解除了:

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修好之後,裝上電池,開機,功能恢復正常:

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