时钟电路

时钟电路的工作原理

主板维修培训---时钟电路的工作原理
时钟电路的工作原理：DC3。5V电源给过二极管和L1（L1可以用0欧电阻代替）进入分频器后，分频器开始工作。，和晶体一起产生振荡，在晶体的两脚均可以看到波形。晶体的两脚之间的阻值在450-700之间。在它的两脚各有1V左右的电压，由分频器提供。晶体产生的频率总和是14。318M。
总频OSC在分频器出来后送到PCI的B16脚和ISA的B30脚，这两脚叫OSC测试脚。也有的还送到南桥，目的是使南桥的频率更加稳定。在总频OSC的线上还有电容，总频线的对地阻值在450-700欧之间。总频的时钟波形幅度一定要大于2V。
如果开机数码卡上的OSC灯不亮，先查晶体两的电压和波形。有电压有波形，在总频线路正常的情况下，为分频器坏；无电压无波形，在分频器电源正常的情况下，为分频器坏；有电压无波形为晶体坏。
没有总频，南、北桥、CPU、CACHE、I/O、内存上就没有频率。有了总频，南、北桥、内存、CPU、CACHE、I/O上不一定有频率。
总频一旦正常，分频器开始分频，R2将分频器分过来的频率送到南桥，在面桥处理过后送到PCI的B39脚（PCICLK）和ISA的B20脚（SYSCLK），这两脚叫系统时钟测试脚。这个测试脚可以反映主板上所有的时钟是否正常。系统时钟的波形幅度一定要大于1。5V，这两脚的阻值在450-700欧之间，由南桥提供。
在主板上，RST和CLK都是由南桥处理的，在总频正常，如果RST和CLK都没有，在南桥电源正常的情况下，为南桥坏。主板不开，RST不正常，是先查总频。
在数码卡上有OSC灯和RST灯，没有CLK灯的故障：先查R3输出的分频有没有，没有，在线路正常的情况下，分频器坏。
CLK的波形幅度不够：查R3输出的幅度够不够，不够，分频器坏。够，查南桥的电压够不够，够南桥坏；不够，查电源电路。
R1将分频器分过来的频率送给CPU的第六脚（在CPU上RST脚旁边，见图纸），这个脚为CPU时钟脚。CPU如果没有时钟，是绝对不会工作的，CPU的时钟有可能是由北桥提供。如果南桥上有CLK信号而CPU上没有，就可能是分频器或南桥坏。R4为I/O提供频率。
在主板上，时钟线比AD线要粗一些，并带有弯曲。
频率发生偏移，是晶体电容所导致的，它的现象是，刚一开机就会死机，运行98出错。
分频器本身坏了，会导致频率上不上去。和晶体无关。
CPU的两边为控制处（位置见图），控制南桥和分频器，当频率发生偏移，会自动调整。
PC机主板常见故障分析和排除
主板是整个PC机系统的关键部件，在PC机中起着至关重要的作用。CPU及总线控制逻辑、BIOS芯片读写控制、系统时钟发生器与时序控制电路、DMA传输与中

断控制、内存及其读写控制、键盘控制逻辑、I/O总线插槽及某些外设控制逻辑都集成在主板上。因此，主板产生故障将会影响到整个PC机系统的工作。当一台PC机出现故障时，我们首先要使用插拔法、替换法、比较法来确认PC机中其它部件是否有故障，最后才将故障确定在主板上。由于目前主板上部件集成度越来越高，以及受芯片来源和检测设备的限制，当检测到PC机主板存在故障时，更多是更换主板，这样不仅处理速度快，而且可*性高。
PC机主板引起的常见故障现象有：开机加电显示器呈黑屏状态、扬声器无声响、键盘被封锁、硬盘驱动器不能引导等，但是就其故障的性质来说，可划分为以下两大类：一是关键性故障，二是非关键性故障，其中关键性故障又细分为电源故障、CPU故障、总线故障等。主板上的电源、CPU芯片、BIOS芯片、定时器芯片、数据收发逻辑电路、DMA控制器、中断控制器以及基本的64K内存和内存刷新电路是系统运行的关键部件。一旦这些部件出现故障，将使整个系统陷于瘫痪，在加电自检程序中，系统首先对这些部件进行检查，如果这些部件出错，就作为关键性故障。一般以初始化显示器子系统为界，在此以前出现的故障为关键性故障，这时屏幕上无显示，显示器呈黑屏状态，扬声器发出“嘟嘟”声响。如果出现关键性故障，PC机系统将不能继续引导。
#1 一、电源故障
PC机电源采用的都是无工频变压器四路开关稳压电源，电源功率在200W～250W之间，所有电源均带有过压和过载保护，若使用中发生直流过压和过载故障，一般电源会自动关闭，直至故障排除为止。开关电源可向主板提供±5V和±12V的直流电压，其中＋5V是向主板的各种板卡及键盘供电，＋12V是向软、硬盘驱动器和光驱等供电，－5V用于板卡上的锁相式数据分离电路，－12V用于为异步通信适配器提供的EIA接口电源。常见的PC机开关电源性能指标如下：＋5V应达到20A，－5V应达到0.5A，＋12V应达到9A，－12V应达到0.5A。
当220V交流电压经过低通滤波器后，进入桥式整流电路，经整流滤波后得到300V的高压直流电，再经过逆变器变成20KHz的脉宽可调矩形方波直流电，在变压器的次级得到宽度可调的输出脉冲方波，再经过整流、滤波后，获得所需直流电压输出。下^04030401a^为开关电源工作原理简图。
另外，PC机电源有一个特殊的输出信号，称为POWER GOOD（PG）信号。PG信号在电源开启后不是马上输出，而是经过一段时间（约100ms～500ms）的延时后才输出的，它是一个与TTL电平兼容的信号。它由各直流输出电压检测信号和交流输入电压失效信号逻辑与而获

得，当电源正常工作时为高电平，当电源有故障时为低电平。
开机加电后，PC机电源的常见故障有以下几种：
1．直流变换器驱动电路中的功率开关管损坏，无输出电压。
2．当电源的＋5V输出空载时，产生保护动作，＋12V轴流风扇转动一会儿就停止，无输出电压。
3．±5V和±12V直流输出任何一路发生故障，无输出电压。
4．整流二极管损坏或高压滤波电容损坏，造成输出直流电压偏低而且不稳定。
5．当电压过高时，轻则烧断保险丝或限流热敏电阻，重则烧坏大功率管，造成电源无输出。当电压过低时，造成欠压，进入保护状态，电源无输出电压。
6．PG信号无动作或PG信号延时时间不够，机器不能启动。
根据笔者的经验，当电源发生故障时，比较常见的是电源的直流输出电压中的任何一路无输出或PG信号失效而引起主板无法正常工作。我们应该首先检查开关电源的小轴流风扇是否工作，如果不工作，检查给PC机供电的交流电源是否接好。否则，可能是电源内部原因，可用万用表测量主板上四种直流电源对地的阻值，看是否存在短路现象。如果没有短路，直接测试电源的PG信号是否正常，因为PG信号的建立比PC机直流输出端电压的建立要晚几百毫秒，如果PG信号的低电平持续时间不够或没有低电平时间，PC机将无法启动。如果PG信号一直为低电平，则PC机系统始终处于复位状态。这时PC机也出现黑屏、无声响等死机现象。当用逻辑笔测试PG信号时，发现有时有高电平到低电平的跳变，有时又总是低电平，则是PG信号延时时间不够，可以在电源的PG信号线与地线之间跨接一个100μF左右的电解电容。利用电容加电后自身的充电时间来产生一个PG信号延时，保证PG信号有足够的延时时间。如果存在短路现象，则表明电源内部结构有故障。由于PC机电源结构复杂，维修比较困难，需要一定的电工专业知识。所以当分析并确认是电源故障时，维修主板时建议更换新的PC机电源为好。
#1 二、CPU故障
排除电源故障后，仍出现黑屏，无声响等关键性故障现象，则应首先检查CPU是否工作，再检查BIOS芯片是否工作，最后检查CPU芯片本身。根据笔者的经验，由于CPU芯片本身的故障率比较低，因此，CPU的故障大多是CPU工作输入信号不正常造成的或BIOS芯片有故障引起的。
CPU工作的基本输入信号有三个，一是系统复位信号RESET；二是系统时钟信号CLK；三是CPU就绪信号READY。对于RESET信号可以通过检测ISA插槽中的B02复位驱动信号是否具有一个正脉冲，如果没有则是系统复位故障，应重点检查复位信号产生电路，或PC信号

和RC信号线路的逻辑关系等。接着测试产生RESET信号的时钟处理芯片的RESET输出端。若无RESET信号，再测试时钟处理芯片的PG信号输入端，正常开机时有一个TTL电平的跳变信号，否则是主机电源的故障。对于CLK信号可以通过检测ISA插槽中的B20系统时钟信号是否具有一个标准的TTL电平脉冲方波，有脉冲则说明CLK信号正常，反之CLK有故障，应重点检查时钟信号产生电路，传输线路及相关芯片的逻辑关系等。接着关机后用万用表测CPU的CLK引脚对地的阻值是否存在短路现象，若无短路，说明时钟脉冲发生器电路有故障；若短路，则检查传输线路及相关逻辑关系等。对于READY信号，可以在开机前将逻辑笔放在CPU的READY信号引脚上，然后开机观察，如果READY信号一直保持高电平状态，则说明CPU工作不正常，一直处于等待状态；若一直为低电平状态，则多为等待状态逻辑电路发生故障。
如果CPU的三个输入信号正常，开机还是呈黑屏，而且无声响，就要考虑是否是BIOS芯片有故障，反复利用开机瞬间测试BIOS芯片的片选引脚CS，若发现是低电平，则说明正常，否则，BIOS芯片未被选中。接着测试BIOS芯片的允许信号输出引脚OE，若是低电平，则表示允许BIOS内部数据正常输出到数据总线上，否则是BIOS芯片本身损坏。排除B对于第一个方面，在各层次的总线中，任何一种类型的总线出现故障，CPU就不能在取IOS芯片本身故障的最好的方法是更换相同型号的芯片。
如果开机后CPU能够选中BIOS，但仍呈黑屏状态，则要重点检查DMA控制器、中断控制器、定时器芯片等。它们是CPU的高级支持电路，发生故障时，同样会出现黑屏，无声响等现象。
如果是CPU芯片本身损坏，我们只能更换新的CPU，而没有其它的好方法。
#1 三、总线故障
在排除CPU故障后，还是出现黑屏，无声响等关键性故障现象，则应该检查是否是总线故障。总线可分成CPU总线，存储器总线，I/O通道总线和外围接口总线四个层次。每个层次的总线又分为地址总线、控制总线、数据总线等三种。地址总线和控制总线上的信号是由执行总线操作的主设备产生的，CPU和DMA控制器都有权控制总线。数据总线是为各部件之间提供数据传送的通路。只有在控制总线和地址总线的作用下，数据总线才有意义。总线故障主要表现在三个方面：总线本身故障；总线控制权错误引起故障；系统总线故障。
指令的总线周期中正确地读取指令码，从而使得以后的任何操作都失败。只有内存数据总线，I/O通道数据总线和局部数据总线三者内容保持一致，才能保证读取指令总线周期时CPU能够得到正确的指令。
对

于第二个方面，为了满足系统对多主控模块争用总线控制权的需要，在总线接口中一般配备了总线控制器模块。当CPU需要DMA控制器去完成控制功能时，才把控制权交给DMA控制器。此外，DMA还可以控制内存的刷新操作。如果这些总线主控器或相关电路发生错误也会引起总线故障。
对于第三个方面，系统总线是PC机主板上信息交换的中心。CPU输出的地址信息经过地址缓冲器后输出到系统地址总线上，输出的数据信息经过数据缓冲器后输出到系统数据总线上。输出的指令经过指令缓冲器后输出到系统控制总线上。所以，影响系统总线的因素很多，如由局部总线故障、系统总线之间的芯片或外围接口总线芯片故障引起的。
总线故障多以系统总线故障为主，当系统总线出现故障时，经常出现黑屏，无声响等关键性故障现象。CPU执行的任何周期只能*READY信号低电平来结束工作，如果READY为高电平，则CPU自动插入等待状态，直到READY为低电平。因此我们可以让CPU在开机执行完第一个周期后不结束，这样CPU就可以保持输出的地址信号0FFFFFF0H一直有效，通过用逻辑笔来跟踪、测试这些CPU输出的有效信号，同时记录结果，与相同型号的正常主板的测试结果进行比较，找到有故障的芯片，来排除系统总线故障。
考虑到目前PC机主板上都有ISA总线插槽，笔者常用测试ISA总线输出的地址信号，来排除系统总线故障。ISA总线插槽包括两个部分，一部分是62线ISA插槽，另一部分是36线ISA插槽，共98个引脚。
正常情况下，加电后ISA插槽中的地址信号和数据信号均为脉冲信号，如果两者均无脉冲信号，则可能是CPU没有工作，若个别地址总线或数据总线为恒定电平或有脉冲信号，则是系统总线故障。一般情况是，若发现某一位或很少几位为恒定电平，可重新开机测试这些位在开机瞬间是否为恒定电平，若开机瞬间即为恒定电平，则是故障状态。若开机瞬间为脉冲，而后变为恒定电平则应测试其他信号，若发现八位以上出错状态，则应测试相应的总线驱动门控制信号。
如果开机后，ISA插槽中的地址总线和数据总线出现过脉冲信号，随后又变成恒定电平，则说明CPU工作基本正常，可能是系统总线的故障。用逻辑笔在ISA插槽中逐位地测试地址总线信号和数据总线信号，如果发现某位或很少几位为恒定电平，则马上复位测试在开机瞬间是否为恒定电平。如果开机瞬间有一个以上的脉冲出现，则应首先测试其他信号。如果有某位信号在开机时为恒定电平，则是错误状态，应重点检查该信号的传输线路及与该信号有关的逻辑关系等。在不加电情况下，将ISA总

线插槽中的62线I/O插槽中A10（IO CHARY）和B10（GND）信号短接，使CPU加电后仅执行一个总线周期就停止。这样CPU在执行第一条开机指令的第一个总线周期时，地址信号值为0FFFF0H，传输的路径是CPU→地址锁存器→总线驱动器芯片→BIOS。数据信号值是5BEAH。传输路径为BIOS→数据传送/接收器芯片→CPU。沿着这条路径，用逻辑笔逐级核对地址信号A0－A19是否为0FFFF0H，数据信号D0－D15是否为5BEA，存储器读信号（MEMR）是否为低电平，发现哪一级出错，就重点测试与该级有关的传输线路和相应芯片的逻辑关系。
除了上面关键性故障表现的三个方面外，还有主板上的定时器、中断控制器、数据收发逻辑电路、DMA控制器以及基本的64KB内存和内存刷新电路等关键部件的故障。一旦这些部件出现故障，将使整个系统陷于瘫痪。
根据笔者的经验，对于关键性故障，还可以根据PC机扬声器所发出的“嘟嘟”报警声的次数来判断故障的大致部位（见附表^04030401b^一、^04030401c^二），从而分析和排除关键性故障，根据这些信息仔细分析，查找故障原因，通过插拔法、比较法、替换法等排除故障。
#1 四、非关键性故障
POST程序检查完关键性部件无故障后，系统就具备了最基本的运行条件，可以对其它部件进行诊断和测试。与关键性故障相比，出现非关键性故障时不死机，屏幕上有提示，可允许系统继续启动。
1．中断控制电路故障
在PC中常用两块8259芯片级联组成16级中断电路模块，在BIOS测试过程中分别对主/从8259芯片的两个地址口进行读写操作。当CPU对主/从8259芯片进行读写操作时，其芯片的CS、RD、WR、A0引脚都应有脉冲信号。用逻辑笔测试当CS为低电平时，RD为低电平有效，表示可以读操作，WR为低电平有效，表示可以写操作，A0引脚为高电平有效，表示选择了I/O地址，则表明故障出现在8259模块电路上。否则，8259芯片本身损坏。当中断电路模块出现故障时，如果故障点影响到系统总线时，这时同样会出现黑屏、无声响等关键性故障现象。系统总线受影响大多是由于中断电路芯片8259的I/O引脚对地短路造成的，可以测试8259芯片的I/O引脚信号，来排除故障。
如果确认中断控制器有故障，对于直接采用8259芯片的主板可以直接更换该芯片，或最好为更换主板。
2．DMA电路故障
在PC机中CPU和DMA都是系统的控制器，但DMA能够提供地址信号和控制信号。在BIOS测试过程中，如果发现DMA控制器故障，则在屏幕上给出提示信息。如果当软盘不能引导时，在排除软盘驱动器和软盘本身故障后，就需要测试DMA控制器，因为，软盘读写控制使用DMA

通道2。如果DMA控制器工作正常，接着测试ISA总线插槽中的SA0－SA15引脚信号是否有脉冲，以及DMA控制器控制地址锁存器和页面寄存器等有关电路。DMA控制器有故障时，也可能会影响到内存的刷新，这时同样会出现黑屏，无声响等关键性故障现象。如果确认DMA控制器电路模块有故障，可以更换该芯片或相关芯片或更换主板。
3．定时器电路故障
定时器模块电路是由8253或8254定时器芯片组成的。在BIOS测试过程中，对8253内部的控制寄存器只进行写操作，对三个通道计数器进行读写操作，当测试到内部的寄存器有问题时，则在屏幕上给出提示信息，表示定时器模块有故障，然后允许BIOS测试继续运行。但是特殊情况下，有的内存的刷新请求信号（DRQO）是由8253的通道0发出的，如果该通道有故障，也可能造成黑屏，无声响等关键性故障现象。
如果确认定时器电路模块有故障，可以更换该芯片或相应模块，或建议更换主板。
4．键盘控制器模块故障
键盘控制器基本上由一个8042芯片组成。在BIOS测试过程中，如果发现键盘控制器有故障，则在屏幕上给出提示信息，然后停止工作。如果更换键盘后故障依旧，则说明可能主板上8042芯片有故障。在开机时用逻辑笔测试8042芯片的CS、AD、RD、WR等引脚是否有脉冲信号，若有则测试8042芯片的RESET引脚，如果是先出现低电平信号并且保持了一段时间后上升为高电平，则表示复位正常，这时就可以确定是8042芯片本身的故障，否则测试相应模块。
如果确认键盘控制器模块有故障，由于8042芯片为DIP封装，最简单的方法就是拆下来更换新的芯片。
5．实时钟/日历和CMOS RAM模块电路故障
主板的BIOS SETUP设置程序一般保存在CMOS RAM模块内。在BIOS测试过程中，发现当实时钟/日历电路模块出现故障时，一般会在屏幕上给出相应的提示信息，从而比较容易排除故障。比较常见的现象有：
①主板上的后备电池出现漏液，使电池功能无效，造成CMOS RAM中的参数丢失。须要更换新电池来解决。
②后备电池电压不足2V，造成CMOS RAM中的参数丢失。须要更换新电池来解决。
③实时钟/日历和CMOS RAM模块电路故障或本身芯片损坏，建议更换该芯片。
6．内存控制模块电路故障
主板中都采用内存条模块，在BIOS测试过程中，如果是第一个16KB内存出现故障，则出现黑屏、无声响等关键性故障现象。
通过插拔法和替换找到损坏的内存条，排除故障。如果是内存插槽有故障，建议更换新主板。
综上所述，PC机主板的故障分析和排除，不仅需要我们紧跟当前主板的制造和发展技

术，而且还要熟悉和掌握PC机和主板的工作原理，不断总结实际工作中的经验，才能更快地提高水平。