财务USB数字小键盘拆解&刷机&改造RPN计算器

reiyawea

零、前言
逛某宝，看到一种带液晶屏的财务小键盘，成色很新，才卖8.8元，应该是倒闭公司的产品，还没上市就夭折了。
由从卖家的拆解图可以得知是USB串口，有改造潜力，故入手2个。

一、外观


背面标签有型号，搜索不到这家公司和产品型号。保修贴显示为2019年12月生产。

不出所料，插入电脑显示为串口。LCD全点亮，电流小于10mA。
手感和一般市面上一般的薄膜键盘一样，中规中矩，反正比同价位的计算器要好。
按下和松开按键时，串口能收到数据，但试过常用波特率均不像正常，特殊波特率？这不是重点。


二、拆解
背面标签和下面2个橡胶垫底下有螺丝，拧掉后撬开三边卡扣（这是友好的卡扣，小心一点就可以无损）

按键是胶碗薄膜，用斑马条（不确定是不是这么称呼）连接主板，不是焊接的，是用铁条+橡胶条+螺丝压住。

拆下键盘后可以取下主板。主板和液晶的连接用的导电橡胶。


三、测绘分析
接下来逆向分析主板。下面2图是卖家提供的。

主控WT56F216为台湾伟诠增强型8051。官方产品介绍
MCU内置LCD控制器，串口通过CH340E连接到电脑，扫描键盘用GPIO。预留了蜂鸣器以及标号为LD1的元件（应该是液晶背光灯），也是GPIO控制。背面没有元件。

测绘得到引脚定义

矩阵键盘定义（列线已有上拉电阻，所以行线要配置成开漏输出，列线是浮空输入）


四、ISP接口
WT56F216的ISP接口称为SWUT，本质上是115200bps的单线半双工串口，用名为WLINK的下载器实现ISP烧录。
WLINK中串口输出是开漏+分压电阻，输入是施密特触发器。
电脑发送数据时，输出1.5V表示0，3.3V表示1。（WT56F216认为低于1.8V为0，高于2.8V为1）
电脑接收数据时，低于0.8V识别为0，高于1.5V识别为1。
这样一来，电脑发送数据时，WT56F216可以识别，但因为电压不够低，不会回环到接收。
WT56F216发送数据时变为推挽输出，电脑可以识别。


因为买不到原装WLINK下载器，只好根据这个原理自己做一个。原理图在下面。
原版是纯数字电路，我改用一片STC51（需要3V低压版或15系列宽电压版）。电位器用2.2K~10K即可。
程序很简单，一个死循环，把P3.0转移到P1.3，把P1.1转移到P3.1。太简单以至于可以在STC ISP中直接写机器码。
这里必须用STC51中转一下，是因为8051的输出是开漏+弱上拉，输入是施密特触发器，符合基本要求。


连好线，用SWUT-ISP软件（官网下载页面）尝试连接。
调整电位器（调到下方约1/3处）直到ISP能建立通信。

五、编程
WT56F216的设计思路很特别，除8051标准外设，其余都挂在外部总线上，寄存器用MOVX指令访问。

六
我是个电工，经常要做些电学计算，但普通计算器太简陋，不能先乘除后加减，也没有倒数，很不方便。
早就想自制一台符合心意的计算器，但试过之后才发现写软件的坑太多，调试就像打地鼠。
想到世界三大计算器厂（德仪、惠普、卡西欧）都是凭数十年经验积累才取得今天地位，我也就释然了，不要重新发明轮子。
调查了一番，发现惠普在70年代开发的一系列计算器技术资料相对完备。
其中一款HP-45定位适中，很合我意，于是决定复刻。

七、逆波兰式
逆波兰式（Reverse Polish notation，RPN）也叫后缀表达式，算符写在数的后面。（我们日常习惯书写的叫中缀表达式，算符在数的中间。）
比如，日常写的1+2*SIN(3+4*5)，用RPN写就是4 5 * 3 + SIN 2 * 1 +。
举个例子：计算5欧和8欧电阻并联的阻值，即1/(1/5+1/8)的输入过程和栈的变化。


八、HP-45计算器
这是一款RPN科学计算器，有基本初等函数、度分秒、直角/极坐标、统计等功能。
CPU主频约784kHz，每秒执行约3500条机器码。如今的8051都能轻松秒杀它，小键盘里的单片机当然也跑得动。
官方早就停更了，现在国外仍有一些爱好者在研究它。这个链接是比较详细的介绍：https://www.hpmuseum.org/hp45.htm

九、虚拟机
HP-45的CPU构架、总线结构、指令集、ROM机器码（固件）都详细列在它的专利文件中，很容易获取到。
我据此用C语言写成HP CPU的虚拟机，在上面直接运行HP-45机器码。
由于是用ANSI C写的，可以移植到任何有C编译器的CPU上，只要以3500步/秒的速度执行，就能完全复刻当年HP-45的行为。
具体过程不多说，有兴趣的朋友可以私信交流。
这是代码仓库，是比较“正规”的写法，适用ARM使用。

十、移植到小键盘
HP-45是LED显示构成是【负号+10位底数+负号+2位指数】，完整显示需要14位7段数码管。
而这款小键盘只有8位，所以只截取前8位底数显示。如果是负数，则是负号+前7位底数。如果有指数，则是前5位底数+符号+2位指数。
5欧和8欧电阻并联的视频演示（B站外链）。
按C51语法改动并优化（比如把函数传参改为全局变量）后，在8051上大约占用7KB ROM和200B RAM，用12M主频基本上能实现全速仿真。
这是购买链接。没有恰饭，只是觉得好东西应该一起玩。
固件 kb22.zip (8.1 KB, 下载次数: 2)

2022-7-10 21:17 上传

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十一、最后
由于键位不够，无法分配函数功能，所以只有四则运算、倒数、指数、平方、开方。即使如此，也是秒杀同价位的计算器和大多数手机APP。
期待能捡到键位更多的同类键盘，到时再完整地复刻HP-45。

cdhigh

在DIYER眼里，哪有垃圾，一切别人眼里的垃圾在我们眼里都是宝贝~
喜欢电子的都喜欢收垃圾~
再干净的垃圾也是垃圾~

zyh555

以前有精力折腾，现在生活压力太大，天天搬砖没时间搞DIY了

wyh0012

zyh555 发表于 2022-7-18 21:08
以前有精力折腾，现在生活压力太大，天天搬砖没时间搞DIY了

同感啊，

zjsx133

请问楼主的这个开方，指数运算是调用的库还是自己写的？

renran

谢谢分享

HYLG

这个一看就是我玩不起的东西。
高手都是人狠话不多。

yaluo

谢谢分享

未来生活

此电公非彼电工啊

skylly

膜拜，啥都能折腾起来。