HP 29C CALCULATOR DIAGNOSIS and RESTORATION Jim Johnson/HP 29C...RESTORATION of an HP 29C CALCULATOR...

25
HP 29C CALCULATOR DIAGNOSIS and RESTORATION Presented by: Jim Johnson HP Handheld Conference 2013 – Fort Collins, CO September 2122, 2013

Transcript of HP 29C CALCULATOR DIAGNOSIS and RESTORATION Jim Johnson/HP 29C...RESTORATION of an HP 29C CALCULATOR...

  • HP 29C CALCULATOR DIAGNOSIS and RESTORATION

    Presented by:   Jim JohnsonHP Handheld Conference 2013 – Fort Collins, CO

    September 21‐22, 2013

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATOR

    Synopsis:   The HP 29C is one of the last of the Woodstock series of calculators to be developed and introduced by HP in 1977 and was produced for the next 2 years until 1979.  This was the top of the line Woodstock series calculator (code name “Bonnie”) along with its twin, the HP 19C which had a printer incorporated as part of the calculator.  This presentation will follow my diagnosis of the electrical characteristics of the HP 29C and its functionality.  We’ll take a look at the schematic, including the power supply section.  Then we’ll dive into the output waveforms of the Arithmetic, Control and Timing (ACT) chip.  Finally we’ll finish with the restoration of functionality of the HP 29C and the completed unit (S/N: 1811S20315).

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATOR

    Agenda• Synopsis• Calculator acquisition – brief history• Disassembly, Photos, Identification of Integrated Circuits and Power Supply• Schematics• Troubleshooting and Diagnosis• Functioning HP 29C Calculator• Contrast and Compare Past with Present• Summary and Conclusions

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATOR

    *Never* attach the charger of a Woodstock series unit to the calculator without a known good rechargeable battery in place.  An AC charger connected to an HP 29C with a bad battery, bad contact or without a battery in place, has a high degree of certainty that the excess voltage will destroy or damage the unit. 

    A WORD OF

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATOR

    What this presentation is:• A discussion of my passion and interest in vintage HP calculators from a hardware perspective• Sharing information learned/not available on the web• Troubleshooting methodology for HP Woodstock Series• Bringing a vintage, rare HP 29C back to life!• A brief contrast and compare of HP 29C versus a modern HP calculator

    What this presentation is not:• Not an in‐depth discussion of the operation of the HP 29C• Not a critical examination of the routines or ROM firmware used in the HP 29C• Not an exhaustive study of the mathematical concepts used to create “Bonnie”.

    Setting Expectations

    Personal Collection: HP01, HP10bII, HP12C, HP15CLE HP17bII+, HP21, HP25, HP29C, HP30b, HP32E, HP32SII, HP34C, HP35S, HP41CX, HP42S HP45, HP67, HP97, HP200LX, WP34S

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATORAcquisition of two HP‐29C calculators

    SN: 1811S20315May 7, 2012 ‐ eBay

    SN: 1904S21718June 28, 2012 ‐ eBay

    HP 29C’s sell on eBay for range from $81 ‐ $372.  Avg. sell price $202Listing prices range $0.99 ‐ $495. Note:  According to the Museum of HP Calculators, the HP 29C sold new in 1977 for $195.00 (USD).

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATORDisassembly, Photos, Identification of Integrated Circuits and Power Supply

    To open remove the top 2Screws under the footpads

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATORDisassembly, Photos, Identification of Integrated Circuits and Power Supply

    13

    2

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATORDisassembly, Photos, Identification of Integrated Circuits and Power SupplyArithmetic Control and Timing (ACT) IC, RAM, ROM, POR/Battery Low Comparator

    Arithmetic Control and Timing (ACT) IC ROM IC’s

    CMOS Static RAM

    I.C.’s

    POR (Power on Reset),Battery Low Comparator IC

    RAM/ROM IC

    SN: 1811S203151

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATORDisassembly, Photos, Identification of Integrated Circuits and Power Supply

    3.3uF, 10vNPN Transistor

    NPN Transistor Tank oscillator circuit330pf  cap. & 15uH coil

    68Ω10KΩ 10uF, 16v

    6.8uF, 10v

    2.2uF, 6v

    15uF, 10v

    2.2KΩ

    22uF, 10v

    330pf

    100pf

    diodediode

    diode

    diode diode

    HP 29C Power Supply PCB(Daughter Board)

    2

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATORDisassembly, Photos, Identification of Integrated Circuits and Power Supply

    3

    Cathode Driver ICROM/Anode Driver  IC

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATOR

    1820‐1596ACT

    1820‐1382Cathode Driver&

    KeypadDriver

    5061‐0469RAM

    HP 29C CalculatorHewlett‐Packard

    Page 1 of 1 Created: 2013 August 12

    1990‐055912‐digit LED Display

    • Based on S/N: 1811S20315 • drawn by: JAJ – 2013 August 12

    1820‐0431Anode Driver /ROM

    1818‐0379RAM/ROM

    5061‐0469RAM

    1234

    8765

    1818‐0377ROM

    8765

    Vgg

    Φ 2

    Φ 1

    ISA

    1234

    Vss

    Vgg

    Φ 2

    Φ 1

    ISA

    Vss

    Φ 2

    Vgg

    Φ 1

    Sync

    ISA

    Data

    1818‐0376ROM

    1234

    8765

    Sync

    Vss

    Sync

    12345678

    161514131211109

    12345678

    161514131211109

    Vram

    NC

    NC

    Φ 1

    Φ 2

    NC

    ISA

    Sync

    Vram

    NC

    NC

    Φ 1

    Φ 2

    NC

    ISA

    Sync

    Vss

    NC

    Data

    POR

    NC

    Data

    POR

    +6.7 vdc

    +6.0 vdc +6.0 vdc

    +6.0 vdc

    +6.7 vdc

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    10

    11

    22

    21

    20

    19

    18

    17

    16

    15

    14

    13

    12

    Vss+6.0 vdc

    Vgg‐12.0 vdc

    RCD

    SYNC

    Φ 1

    Φ 2

    NC

    POR

    NC

    ISA

    DATA

    1820‐1983Power‐on Reset, low battery 

    1234

    8765

    330pf

    150uHOSC

    OSC

    +  2.2uf

    To pin 3 on POR

    A3

    A4

    A5

    A6

    A2

    A7

    141516174567

    2019181312111098321

    +6.0 vdc

    +2.4 vdc

    NC

    NC

    Vbat

    Vss

    2KΩ

    RCD

    STR

    +6.0 vdcVss

    NC NC

    NC

    POR

    +2.4 vdc Vbat

    +  47uf

    33Ω

    o    oo    o o    o o    oo    o

    o    oo    o o    o o    oo    o

    o    oo    o o    o o    oo    o

    o    oo    o o    oo    o

    o    oo    o o    oo    o

    o    oo    o o    oo    o

    o    oo    o o    oo    o

    Blue (g)shift

    Gold (f)shiftGTOSST GSB

    STOX Y R ↓ RCL ∑+

    CHSE N T E R ↑ EEX CLX

    8_ 7 9

    5+ 4 6

    2X 1 3

    .÷ 0 R/S

    To pin 3 on ACT

    +6.0 vdc

    123456789

    Segment “a”

    Segment “f”

    Segment “b”

    Segment “c”

    Vdisp

    Segment “d”

    Segment “h”

    Segment “e”

    Segment “g”

    A2 A3 A4 A5 A6

    B1

    B4

    B3

    B8

    B6

    B5

    B7

    K9

    K10

    K11

    K12

    K3 and B8

    K2 and B7

    K1 and B5

    K6 and B3

    K5 and  B4

    K4 and B6

    K8

    K7 and B1

    181716151413121110

    Sync

    Φ 1

    Φ 2

    STR

    Vss+6.0 vdc

    NC

    ISA

    Vgg‐12.0 vdc

    ab

    c

    d

    e

    fg

    h

    HP 29C Schematic

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATOR

    1. Acquired 1st HP29C.  After examining the pc board for damage, put in charged battery pack and observed 12 zeroes lighting  up on display.  No keypad button presses would change the display.

    2. Suspected one of the IC’s was bad.  Measured current of 300‐400mA.  Much higher current than HP25 and measured HP29C supply voltages.  The supply voltages measured lower than normal.

    3. Unsoldered all RAM/ROM IC’s and applied power observing only one zero lit up in display (far RH digit in display).  Suspect Anode/ROM IC.  

    4. Acquired 2nd HP29C (s/n: 1904S21718) which had no display when powered on.  Power supply voltages measured good and the supply current measured good around 200mA.

    5. I swapped the Cathode Driver and Anode/ROM Driver from s/n: 1811S20315 into s/n: 1904S21718 (2nd HP29C).  No display in second HP29C.

    6. Used good HP25 to measure signals on ACT: oscillator,  data, Isa, sync, ɸ1 and ɸ2.  I measured same signals from s/n: 1811S20315 and found ɸ2 amplitude was low at 9vpp.  Suspected the ACT in 1st HP29C may be damaged.

    7. Installed low profile IC sockets in HP29C s/n:  1811S20315.  Removed ACT from 2nd HP29C and installed into 1st HP29C.  

    Troubleshooting and Diagnosis

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATOR

    Tank oscillatorcircuit

    Vss = +6.0vdc

    Troubleshooting and DiagnosisIs the Power Supply Functional?

    Vdisp = +4.37vdc

    Vram = +6.5vdc

    Vgg = ‐12.0vdcVbatt‐IN= +2.4vdc

    (switched)

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATORTroubleshooting and Diagnosis

    Is the ACT Functional?

    OscillatorPins 13 & 14

    Ref. Pin# 1

    ɸ1 and ɸ2Pins 16 & 17

    Arithmetic Control & Timing IC (ACT)

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATORFunctioning HP‐29C Calculator (SN: 1811S20315)

    8. Installed original IC’s from s/n: 1811S20315 with ACT from 2nd HP29C and  turned on power switch.  Single zero lit up in LH location on display.

    9. Plugged in RAM IC’s and turned on HP29C.  Display showed “error”.  CLX key cleared the display to “0.00” showing in LH location.

    10. EUREKA!  Calculator seemed to befunctional!

    11. Continued to test functions on HP29C and tested programmingexamples in HP29C ApplicationsBook.  All functions worked perfectly!

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATOR

    • 98 program steps (with fully merged keycodes) • 30 storage registers. (16 were directly or indirectly addressable and the rest were only indirectly addressable.) • 3 levels of subroutines and 10 labels• 4 level stack (X, Y, Z, T)• Indirect storage, recall, branching and subroutine calls• Execution speed ~ 3,000 instructions/sec.• Continuous memory• Rechargeable batteries

    HP 29C WP 34S• 928 program steps in RAM• 107 global general purpose registers• 112 global user flags• 6014 program steps in flash memory• 30 byte alpha register • 16 local flags and  144 local registers• 6 (min) levels of subroutines• 8 level stack• 34 digit decimal accuracy• Continuous memory• CR2032 (2x) disposable batteriesMath+,‐,x, ÷, 1/x, √x, x2

    LOG x, 10x, LN x, ex, yx, pi%, INT, ABSTrig (SIN, COS, TAN)Modes (degrees, radians, grads)

    StatisticalMean, std. deviation (2 variables)Summation of n, x, x2Summation of n, x, x2, ySummation of n, x, x2, y, xySummation of n, x, x2, y, y2, xy

    Polar/rectangular conversionDec. hrs./hrs.min.sec. conversion

    Math+,‐,x, ÷, 1/x, √x, x2LOG x, 10x, LN x, ex, yx, pi%, INT, ABSTrig (SIN, COS, TAN)Hyberbolic Trig. (SINH, COSH, TANH)Modes (degrees, radians, grads, fractional)

    Conversions and Constants88 conversions available50 fundamental constants

    Pre‐programmed FunctionsHP‐42S function set (solver, integration, matrix operations, curve fitting, etc.)HP‐16C function set (Logical operators, floating pt. decimal math)HP‐21S probability function set (Distributions, linear regression, Chi‐squared, etc.)

    +Euler’s Beta and Riemann’s Zeta functions, Bernoulli and Fibonacci numbers, +Lambert’s W, the error function, and the Chebyshev, Hermite, Laguerre, and Legendre orthogonal polynomials+ many statistical distributions and their inverses: Poisson, Binomial, Geometric, Cauchy‐Lorentz, Exponential, Logistic, Weibull, Lognormal, and Gaussian, + programmable sums and products, first and second derivatives, solving quadratic equations for real and complex roots, + testing for primality, + integer computing in fifteen bases from binary to hexadecimal, + extended date and time operations and a stopwatch3 based on a real‐time clock, + financial operations such as mean rate of return and margin calculations

    Contrast and Compare Past with Present

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATORSummary and Conclusions

    • The goal of this paper was to share HP29C information with the HHC 2013 audience as well as other HP calculator enthusiasts.• Diagnosis of the HP29C begins with examination of the overall condition of the calculator, disassembling, cleaning and using a known good power source.• Measure the four power supply voltages in the power supply section.• Once the power supply voltages are verified good, then you can move on to check the oscillator, ɸ1 and ɸ2 signals.• If integrated circuits are damaged, either from battery corrosion or from excess applied voltage, the only alternative is to find a “donor calculator”. • If ACT IC is damaged; same applies in that you’ll need to find another ACT.  • Finally, the restoration of these fine pieces of history is satisfying and rewarding and keeps part of Hewlett‐Packard history alive for future generations.

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATORAcknowledgements

    1. Tony Duell (UK) – Information on MoHPC site and email exchange in 2012.2. Jacques Laporte – HP Calculator Forum (www.jacques‐laporte.org/forum) 

    email exchange and the very excellent paper “The ‘Woodstock’ generation”.

    3. Museum of HP Calculators – (http://hpmuseum.org)4. Geoff Quickfall (Canada) – Email exchange regarding HP calculators, 

    particularly the HP19C.5. Dave Colver (UK) – Email exchange regarding HP29C schematics.6. Randy Sloyer – (www.fixthatcalc.com) email exchange in 2012.7. Eric Smith – Email and posts on MoHPC.8. Katie Wasserman – email exchange regarding HP29C.

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATOR

    Thank you!

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATOR

    APPENDIX

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATOR

    Single level HP 29C Power Supply Integrated into Main PC BoardSN:  1904S21718  

    Additional photos

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATORSocketed HP 29C PC Board

  • RESTORATION of an HP 29C CALCULATORAdditional Waveforms

    ɸ2Pin# 16

    DataPin#  11

    IsaPin#  10

    ɸ1Pin# 17

  • HP 25 Calculator Waveforms

    ɸ1 &ɸ2

    Data &ɸ1

    Data &ɸ2

    Isa &ɸ1

    Sync &ɸ2

    Display