Nghiên cứu tìm hiểu về vi mạch tạo xung clock 8284 (clock generator) cho CPU.

- Trên các hệ thống số, các IC xử lý tín hiệu số mà không có xung Clock thì nó không hoạt động được, vì vậy xung Clock là một điều kiện để cho các IC trên máy tính có thể hoạt động.. độn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BÀI TẬP LỚN MÔN: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

Lớp: ĐH Khoa học máy tính 1 - K10

Nhóm sv nghiên cứu: Nhóm 1

Nguyễn Kì Anh Nguyễn Văn Hải Bùi Đình Đạt

Đỗ Anh Tuấn

Lê Thế Lâm

MỤC LỤC

I Tổng quan

1 - Chức năng của mạch 8284 Clock Generator

2 – các chức năng chính của mạch tạo xung 8284

3 - Vị trí mạch của mạch Clock Gen và đặc điểm nhận biết

II Nguyên lý hoạt động

1 – sơ đồ mạch tạo xung clock 8284

2 – Sơ đồ nguyên lý của mạch Clock Gen

3 – Điều khiển tín hiệu RESET và xung nhịp

4 – Hư hỏng và phương pháp kiểm tra, sửa chữa

I Tổng Quan

1 - Chức năng của mạch 8284 Clock Generator (Mạch tạo xung Clock 8284)

Mạch tạo xung clock 8284 là gì ?

Clock Gen (Clock Generator - Mạch tạo xung Clock)

- Xung Clock hay còn gọi là xung nhịp chủ của máy tính, nó chính xác về mặt thời gian vì vậy mà nó có thuật ngữ “Clock” tức là đồng hồ thời gian

-Mạch tạo xung clock 8284 là một mạch tích hợp thiết kế đặc biệt để sử dụng với các bộ vi xử lý 8086/8088 Ngoài mạch tạo xung còn rất nhiều mạch bổ xung cần thiết để tạo xung nhịp (CLK) trong một hệ thống 8086/8088

Ý nghĩa của xung Clock trên máy tính.

- Xung Clock trên máy tính có ý nghĩa hết sức quan trọng, nó đi theo các dữ liệu Data để định nghĩa giá cho dữ liệu này, một dữ liệu Serial Data (dữ liệu nối tiếp) nếu không có xung Clock đi cùng thì nó trở nên vô nghĩa

- Trên các hệ thống số, các IC xử lý tín hiệu số mà không có xung Clock thì nó không hoạt động được, vì vậy xung Clock là một điều kiện để cho các IC trên máy tính có thể hoạt động

- Xung Clock còn có ý nghĩa để đồng bộ dữ liệu trong toàn hệ thống máy tính

CPU chỉ hoạt động khi có đủ 3 điều kiện: Vcc, xung Clock và tín hiệu khởi động Reset

động Reset

mạch tạo xung 8284 cung cấp các chức năng hoặc các tín hiệu cơ bản sau đây:

-tạo xung clock (CLK)

-đồng bộ hóa tín hiệu RESET

-đồng bộ hóa tín hiệu READY

2 – các chức năng chính của mạch tạo xung 8284

2.1 tạo xung clock (clock generation)

Các 8284A có thể lấy được tần số hoạt động cơ bản của nó từ một trong hai nguồn: -bên ngoài: nguồn tần số kết nối với pin EFI

- một tinh thể thạch anh kết nối với X1 và X2 Các đầu vào điều khiển F / C được sử dụng để chọn một trong các nguồn này

Các tần số tinh thể cần được lựa chọn tại ba lần đồng hồ CPU yêu cầu Các 8284A tạo ra ba tín hiệu đồng hồ: OSC, CLK và PCLK OSC có cùng tần số tinh thể (hoặc tần số bên ngoài) và có thể được sử dụng để kiểm tra các mạch tạo xung hoặc tần số bên ngoài

Mạch tạo xung clock 8284 đầu vào cho chip 8284A khác Clock là 1/3 tần số của tinh thể (hoặc tần số bên ngoài) với một chu kỳ nhiệm vụ 33% được thiết kế để điều khiển bộ vi xử lý 8086 trực tiếp Các PCLK là một tín hiệu clock ngoại có tần số đầu

ra là 1/2 của Clock với 50% chu kỳ nhiệm vụ

2.2 đồng bộ hóa tín hiệu RESET

Các 8284 tạo ra một tín hiệu tích cực CAO (RESET) được sử dụng để thiết lập lại bộ

vi xử lý 8086 Tín hiệu này phải được tổ chức cao trong ít nhất 50μs để đảm bảo một thiết lập lại chính xác bộ vi xử lý

2.3 đồng bộ hóa tín hiệu READY

Các tín hiệu READY được sử dụng bởi các thiết bị chậm (bộ nhớ hoặc thiết bị ngoại

vi I / O ) để yêu cầu xử lý để kéo dài chu kỳ bus để cho phép các thiết bị để kết thúc việc đọc / ghi từ / vào bus Các 8284 tạo ra một tín hiệu READY được đồng bộ với

đồng hồ CPU.

3 - Vị trí mạch của mạch Clock Gen và đặc điểm nhận biết

Vị trí của mạch Clock Gen trên sơ đồ nguyên lý

- Trên sơ đồ nguyên lý, mạch Clock Gen đứng độc lập và không phụ thuộc vào các thành phần khác trên Mainboard, mạch hoạt động đầu tiên sau khi có nguồn chính cung cấp và tạo ra nhiều tần số Clock khác nhau cung cấp cho các thành phần khác nhau trên Main

Mạch tạo xung Clock trên sơ đồ nguyên lý

Mạch tạo xung Clock trên sơ đồ nguyên lý

Vị trí của mạch Clock Gen trên vỉ máy

Mạch tạo xung Clock - Clock Gen trên Mainboard GIGABYTE

mạch gồm một IC có thạch anh 14,3MHz đứng bên cạnh

Đặc điểm nhận biết mạch Clock gen trên Mainboard- Bạn hãy tìm trên

Mainboard một IC (thường là IC có hai hàng chân) và bên cạnh có thạch anh 14.3MHz => đó chính là IC tạo xung Clock, IC và thạch anh tạo nên mạch Clock Gen

Mạch Clock Gen trên Mainboard ASUS gồm một IC hai hàng chân có thạch anh 14,3MHz bên cạnh

II Nguyên lý hoạt động

1 – sơ đồ mạch tạo xung clock 8284

Mạch tạo xung nhịp dùng để cung cấp xung nhịp cho µP

Mạch tạo xung nhịp 8284

CSYNC (Clock Synchronisation): ngõ vào xung đồng bộ chung khi hệ thống có các

8284 dùng dao động ngoài tại chân EFI Khi dùng mạch dao động trong thì phải nối đất

PCLK (Peripheral Clock): xung nhịp f = fX/6 (fX là tần số thạch anh)

(Address Enable): cho phép chọn các chân RDY1, RDY2 báo hiệu trạng thái sẵn sàng của bộ nhớ hay thiết bị ngoại vi

Mạch khởi động cho 8284

RDY1, RDY2 (Bus ready): tạo các chu kỳ đợi ở CPU

READY: nối đến chân READY của µP

CLK (Clock): xung nhịp f = fX/3, nối với chân CLK của µP

RESET: nối với chân RESET của µP, là tín hiệu khởi động lại toàn hệ thống

(Reset Input): chân khởi động cho 8284

OSC: ngõ ra xung nhịp có tần số fX

F/C (Frequency / Crystal): chọn nguồn tín hiệu chuẩn cho 8284, nếu ở mức cao thì chọn tần số xung nhịp bên ngoài, ngược lại thì dùng xung nhịp từ thạch anh EFI

: chọn chế độ làm việc cho tín hiệu RDY X1,X2: ngõ vào của thạch anh

Cần có:

— 8284A (clock generator)

— Crystal (dummy crystal)

— MINRES510R (two 510Ω resistors)

Kết nối các thành phần như trong hình và cài tần số của Crystal thành 15kHz Lưu

ý rằng tần số này là chỉ cho mục đích mô phỏng (trong thực tế thực hiện trong Crystal 15MHz được sử dụng)

2 Sơ đồ nguyên lý của mạch Clock Gen

Sơ đồ nguyên lý mạch Clock Gen

Chú thích:

- VDD - Chân điện áp cung cấp 3,3V

- FS0, FS1, FS2 - Chân chọn tần số Clock cho CPU

- CPU_STOP - Tín hiệu ngưng hoạt động của CPU

- PCI_STOP - Tín hiệu ngưng hoạt động của PCI

- PWRDN# - Tín hiệu tắt nguồn

- SDATA - Trao đổi dữ liệu với Chipset nam và RAM

- SCLOCK - Trao đổi xung nhịp

- PWR_GD# - Tín hiệu báo sự cố của của nguồn ATX

và các mạch ổn áp trên Main

- XTAL - Chân thạch anh

- CK_LPC - Xung Clock cấp cho IC- SIO

- CK_LAN - Xung Clock cấp cho IC Card Net onboard

- CK_MPC - Xung Clock cấp cho khe PCI

- CK_SLOT - Xung Clock cấp cho khe PCI

- CK-14M - Xung cấp cho các IC Chipset nam, SIO, Card video

Nguyên lý hoạt động của mạch Clock Gen

Sơ đồ khối của IC - Clock Gen

- Khi có điện áp VDD 3,3V cung cấp vào các mạch trong IC, mạch dao động tạo xung gốc bằng thạch anh 14,3MHz hoạt động tạo ra dao động chuẩn là 14,3MHz., sau đó các mạch tạo xung Clock sẽ lấy dao động chuẩn từ thạch anh rồi nhân với một tỷ lệ nhất định tạo ra các tần số xung Clock khác nhau cung cấp cho các thành phần của Mainboard

Lưu ý:

- Tín hiệu Vtt_PWR_GD# là tín hiệu báo sự cố từ mạch Logic tập hợp từ các tín hiệu P.G (Power Good - Báo sự cố cho nguồn ATX) , VRM_GD - Báo sự cố của mạch ổn áp cho CPU, PG_VDDR - Báo sự cố của mạch ổn áp cho RAM và PG_V1,5V - báo sự cố của mạch ổn áp cho Chipset

- Nếu một trong 4 thành phần là nguồn ATX, mạch VRM, ổn áp cho Chipset và mạch ổn áp cho RAM có sự cố thì sẽ mất tín hiệu Vtt_PWR_GD# và mạch tạo xung Clock sẽ không hoạt động

Mạch báo sự cố từ các mạch ổn áp về để khống chế IC tạo xung Clock và Chipset nam,

Khi các mạch ổn áp có sự cố => sẽ mất tín hiệu PWR_GD => Mạch Clock và Chipset

nam sẽ không hoạt động

3 điều khiển tín hiệu RESET và xung nhịp

Bước cuối cùng là thêm hai thiết bị đầu cuối để kết nối với các bộ xử lý vi mạch 8086/8088

Mạch reset của mạch tạo xung clock 8284

Mạch thêm thiết bị điều khiển tạo xung và reset

4 Hư hỏng và phương pháp kiểm tra, sửa chữa

Biểu hiện của máy khi hỏng mạch Clock Gen

- Mạch Clock Gen hoạt động trước các IC trên Mainboard và hoạt động sau bộ nguồn ATX (nguồn chính) và sau các mạch ổn áp như mạch VRM (ổn áp cho CPU), mạch ổn áp cho RAM, cho Chipset

- Mạch cung cấp xung Clock cho các thành phần khác trên Mainboard hoạt động như CPU, Chipset bắc, Chipset nam, SIO, ROM BIOS, các khe AGP, PCI, IDE …

Vì vậy khi hỏng mạch Clock Gen thì Mainboard sẽ không khởi động, khi bật công tắc quạt nguồn có quay nhưng máy không khởi động, không có âm thanh báo sự cố, không lên màn hình.

Phương pháp kiểm tra xung Clock

- Dùng Card Test Main, gắn vào khe PCI, cấp nguồn cho Mainboard và bật công tắc, quan sát trạng thái của đèn CLK

(Khi kiểm tra xung Clock, trên các Mainboard Pen3 bạn không cần gắn CPU, trên các Main Pen4 bạn cần phải gắn CPU)

Lưu ý: Trước khi gắn CPU vào Main, bạn cần kiểm tra điện áp VCORE để đề

phòng mạch VRM hỏng ra điện áp tăng cao làm hỏng CPU của bạn

* (Bạn mở nguồn bằng cách dùng tô vít hoặc panh, chập hai chân PW trên các rắc cắm ra công tắc phía trước máy lại)