Частота генератора материнской платы

Тактовый генератор: устройство, принцип работы, применение

Тактовый генератор – электронная схема, производящая тактовый сигнал для синхронизации работы цифровых схем. Такой сигнал может иметь любую форму: и простую прямоугольную, и более сложную. Основными элементами генератора являются резонансная схема и усилитель.

Тактовые сигналы

В электронике, в особенности в синхронных цифровых сетях, тактовый сигнал – это сигнал, имеющий постоянную частоту, два устойчивых состояния (верхнее и нижнее), предназначенных для согласования работы цифровых схем.

Тактовые сигналы создаются тактовыми генераторами. Наиболее распространенной формой тактового сигнала является меандр (сигнал с рабочим циклом 50%). Рабочий цикл – отношение длительности к периоду импульса. Другими словами, это часть периода, в течение которой сигнал активен.

Схемы, использующие тактовые сигналы, могут становиться активными во время переднего фронта, заднего фронта, или, в случае удвоенной скорости передачи данных, переднего и заднего фронтов импульса.

Принцип формирования тактового сигнала

Источником тактовых колебаний является кварцевый кристалл, расположенный в оловянном корпусе. При подаче на кварцевую пластинку напряжения, он начинает совершать механические колебания. Под действием пьезоэлектрического эффекта на электродах кристалла наводится ЭДС. Колебания электротока следуют на генератор, который, собственно, и преобразует их в импульсы.

Генератор тактовых импульсов для компьютера

В компьютере генератор отвечает за синхронную работу всех его устройств: процессора, оперативной памяти, шин данных. Работу процессора при этом можно сравнить с работой часов. Исполнение инструкции центральным процессором осуществляется за определенное число тактов. Точно также функционируют и часы. Такты в механических часах определяются колебаниями маятника.

Производительность процессора напрямую зависит от частоты тактов. Чем больше частота тактов, тем больше инструкций процессор способен выполнить за определенный промежуток времени. Одна команда или инструкция может выполняться процессором за часть такта или за несколько сотен тактов. Общая тенденция современного развития компьютерной техники заключается в снижении количества тактов, выделяемых для выполнения одной простейшей инструкции.

Оверклокинг

Особый интерес тактовый генератор процессора представляет для оверклокеров. К оверклокерам относят специалистов в области компьютерных технологий и просто любителей, стремящихся повысить производительность своей техники. В настоящее время оверклокинг доступен даже простым пользователям. Для изменения настроек компонентов компьютера иногда достаточно просто зайти в BIOS.

Прежде всего необходимо ответить на вопрос: за счет чего будет повышаться производительность? Здесь все очень просто. Производители компьютерных комплектующих для повышения надежности своих компонентов закладывают в них технологический запас. Именно этот запас и привлекает любителей выжать максимум из своего компьютера.

Одним из способов разгона компьютера будет замена кварцевого резонатора на кристалл, имеющий более высокую частоту. Или, например, можно убрать дополнительные элементы в виде делителей частоты из схемы генератора.

В современных компьютерах генераторы, как правило, реализуются на одной интегральной схеме. Значения тактовой частоты и множителя процессора, как уже было отмечено выше, можно изменить непосредственно из BIOS.

Начинающие оверклокеры нередко задаются вопросом, как определить модель тактового генератора. Программными средствами это сделать невозможно. Остается только открывать системный блок и искать генератор визуально.

С другой стороны, программным способом определяется модель материнской платы (AIDA64, Everest и другие). Затем для данной модели ищется подробная инструкция, а в ней вполне возможно будет найти информацию о названии генератора. А как узнать для тактового генератора значение тактовой частоты, установленное по умолчанию, и значение после разгона? Эти сведения также можно почерпнуть из инструкции для материнской платы.

Основные элементы

В качестве резонансной схемы генератора часто выступает кварцевый пьезо-электрический возбудитель. В то же время могут использоваться более простые схемы параллельного резонансного контура и RC-цепь (схема состоящая из конденсатора и резистора).

Генератор может иметь дополнительные схемы для изменения основного сигнала. Так процессор 8088 использует только две трети от рабочего цикла тактового сигнала. Это требует наличия в генераторе тактовых импульсов. И встроенной логической схемы для преобразования рабочего цикла.

По мере усложнения формы выходного синхросигнала в схеме генератора тактовых импульсов могут использоваться смеситель, делитель или умножитель частоты. Смеситель частоты генерирует сигнал, частота которого равна сумме или разности двух частот входных сигналов.

Схема фазовой автоподстройки частоты

Многие устройства используют схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) для сравнения фазы сигнала с выхода генератора с фазой частоты и регулировки частоты генератора таким образом, чтобы значения фаз совпали.

На рисунке приведена схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Устройство сравнения фаз (компаратор) имеет 2 входа и 1 выход. В качестве входных сигналов используется сигнал от задающего генератора (сигнал на входе схемы ФАПЧ) и сигнал с выхода генератора, управляемого напряжением (ГУН). Компаратор сравнивает фазы двух сигналов и формирует сигнал ошибки, который следует на фильтр нижних частот (ФНЧ), а с него – на ГУН, управляя его частотой.

Виды тактовых генераторов

1. Генераторы общего назначения

Генераторы общего назначения, как правило, используют схемы ФАПЧ для генерирования выходных сигналов из общей входной частоты. Они для получения опорной частоты используют простые недорогие кварцевые кристаллы. Из сигнала опорной частоты они генерируют выходные тактовые сигналы с низким уровнем дрожания фронта сигнала.

2. Программируемые генераторы

Позволяют изменять коэффициент, используемый делителем или умножителем. Благодаря этому можно выбрать любую из множества выходных частот без изменения аппаратной части.

Применение генераторов синхронизирующих сигналов в сетях SONET

Это тактовый генератор, используемый сетями поставщиков услуг часто в виде встроенного источника сигналов (BITS) для центрального офиса.

Цифровые коммутационные системы и некоторые системы передачи (например, системы синхронной цифровой иерархии SONET) зависят от надежной высококачественной синхронизации. Чтобы обеспечить такое состояние, большинство поставщиков услуг применяют схемы распределения сигналов синхронизации между офисами и реализуют концепцию BITS для обеспечения синхронизации внутри офиса.

На вход генератора тактовой частоты поступают входные сигналы синхронизации, а из выхода следуют выходные сигналы синхронизации. В качестве входных опорных сигналов могут выступать сигналы синхронизации DS-1 или CC (составные сигналы), выходными сигналами также могут быть сигналы DS-1 или CC.

• входной интерфейс синхронизации, принимающий входные сигналы DS-1 или CC;
• схема генерирования синхросигналов, которая создает синхросигналы, используемые схемой распределения выходной схемой распределения сигналов;
• выходная схема распределения сигналов синхронизации, создающая множество сигналов DS-1 и CC;
• схема контроля характеристик, предназначенная для контроля параметров синхронизации входных сигналов;
• интерфейс аварийной сигнализации, подсоединенный к системе управления аварийной сигнализацией центрального офиса;
• служебный интерфейс, предназначенный для использования местным обслуживающим персоналом и поддерживающий связь с удаленными служебными системами.

Получение нестандартных тактовых частот на Pentuim II материнских платах с тактовым генератором ICS9148

Предупреждение: автор не несет никакой ответственности за возможные поломки или сбои аппаратуры, вызванные действиями, описанными в данном тексте. Вы действуете на свой страх и риск! Необходимо иметь в виду, что данные действия влекут за собой потерю гарантии продавца или производителя на Ваше оборудование. Так как данная методика предполагает непосредственное вмешательство в электронную схему материнской платы при помощи паяльного оборудования, то необходимо помнить о возможном повреждении тонкой электроники электростатическими разрядами и принять соответствующие меры предосторожности.

А теперь непосредственно к делу. Как известно, по спецификации Intel выбор частоты системной шины производится при помощи сигнала BSEL# (контакт B21 на разъеме процессора), причем при низком уровне на нем частота шины выбирается равной 66 МГц, а при высоком уровне — 100 МГц. Другого вроде как и не дано. Некоторые производители дают пользователям сделать выбор из более широкого диапазона частот, чем несказанно радуют любителей поразгонять свою систему. К сожалению, мне попалась плата Acorp 6BX67 с автоматическим определением частоты.

Но отчаиваться рано. Путем небольшой переделки, имея на плате тактовый генератор ICS9148, можно получить полный набор необходимых частот системной шины. Правда этот генератор применяется не столь повсеместно, но тем не менее многим владельцам системных плат эта информация окажется полезной.

А стоит ли вообще этим заниматься?

• нет, если вы задаете себе такие вопросы
• нет, если не умеете держать в руках паяльник и паять им SMD-деталюшки
• нет, если хочется просто жить спокойно, а не думать о том, что вы лишились гарантии на плату

Все нижеследующее проверялось на системной плате Acorp 6BX67. Но думаю, на других платах с аналогичным тактовым генератором переделка производится так же.

Первым делом стоит найти на плате тактовый генератор ICS9148-26. Это планарная микросхема в корпусе SSOP с 48-ю выводами.

На ее корпусе — логотип фирмы ICS (ни с чем не спутаешь), название чипа, дата выпуска. -26 в названии чипа говорит о номере прошивки ее внутреннего ПЗУ. Вероятно, что функциональное назначение интересующих нас ножек во всех чипах ICS9148 одинаковое. За частоту шины отвечают ножки 26, 25, 46 — FS0, FS1, FS2 соответственно. В зависимости от логических уровней на этих ножках во время ресета этого чипа (при включении питания), устанавливается та или иная частота:

Как видно из этой таблицы, стандартные частоты 100 и 66 МГц получаются переключением уровня на FS2 при высоком уровне на FS1 и FS0. В моей плате сигнал FS2 резистором подтягивается к высокому уровню и одновременно подается на контакт B21 Slot1 — сигнал 100/66#. При установке Celeron FS2 оказывается жестко засаженным на корпус и выбирается частота 66 МГц. При заклеивании B21 скотчем на FS2 оказывается высокий уровень и частота устанавливается равной 100MHz. Это общеизвестно и давно применяется в практике разгона. Но не всегда удобен скачок с 66 сразу на 100: может быть, вас процессор не потянет такой разгон или не заработает память. Поэтому, приятно было бы задействовать также и промежуточные частоты 75 и 83 MHz. Или иметь возможность при заклееном B21 получить 112 и 133 MГц. Вся переделка сводится к добавлении на плату трехконтактного джампера, который мог бы попеременно устанавливать низкий уровень на сигналах FS1 и FS0. Комбинации, при которых оба этих контакта должны быть равны нулю, не столь принципиальны, но требуют уже двух джамперов. Как видно из распиновки чипа ICS9148, ножки 26, 25, 46 используются не только как входы, но и как выходы. После установки частоты эти ножки работают как выходы: 25 (FS1) — выход 24 МГц для SuperIO, 26(FS0) — 48 МГц для USB, 46(FS2) — выход опорной частоты 14.318 МГц. Так как выход FS2 напрямую сажается на корпус при подключении Celeron’а, то он, по видимому, как выход не используется. Исследование платы показало, что выводы FS1 и FS0 явно куда-то уходят и, возможно, используются по прямому назначению. Поэтому напрямую замыкать их на землю не стоит. Фирма ICS советует сделать так, как показано на рисунке.

Для такого подключения вам понадобится 2 двухпозиционных джампера (таких, как на рисунке). Крайние их выводы подключаются один на +3.3V или +5V, а другой — на землю. Средний же вывод подключают к ножке через резистор. На плате нет переключателя, а резисторы для ножек 25 и 26 подключены на положительный источник питания и подтягивают входы к высокому уровню. Их необходимо отпаять и установить вертикально: одним выводом на старую площадку, к которой подключена ножка микросхемы, а оставшийся свободным вывод — тонким проводом подключить к среднему выводу соответствующего джампера. (один джампер для FS1 и другой для FS0). Теперь, если замкнуть колпачком средний вывод джампера с его плюсовым выводом, то на соответствующем выводе (FS0 или FS1) установится высокий уровень, при замыкании среднего вывода на землю — низкий. Как расположить и закрепить джампер — дело ваше. Например, можно взять сдвоенный джампер (с какой-нибудь старой мультяшки или еще какой карточки), подогнуть средние выводы и подпаять к ним провода.

Обозначим его так:

Крайние выводы нужно соединить между собой (1 с 4 и 3 с 6) и попытаться впаять эту конструкцию на место отсутствующего на плате джампера. Перед включением обязательно проверьте, не замкнуты ли между собой крайние выводы (1 и 3 или 4 и 6) — это маловероятно, но вдруг какая-нибудь «сопля» при пайке или еще что, но в случае замыкания может иметь место «пшик» и ищи потом, сколько дорожек пержгло Короче, все, что делаете, проверять и перепроверять! Выводы 2 и 5 тонкими изолированными проводами подключите к верхним концам предварительно поставленных вертикально резисторов (см. выше). Все. Теперь вы имеете рядом с переключателями множителя переключатели частоты шины. Для выбора частот выше 100 МГц либо заклеивайте B21, либо устанавливаете P350-P400

Другой метод — получение не шести, а четырех дополнительных частот (без 50 и 103 МГц, которые и так не нужны). Этот метод проще — нужен только один джампер —

Надобность в установке JP1 весьма спорна, так как в случае процессора, в котором B21 засажен на землю (Celeron, например), это не избавит то заклеивания B21.

Генератор тактовых импульсов

Генератор тактовой частоты (генератор тактовых импульсов) генерирует электрические импульсы заданной частоты (обычно прямоугольной формы) для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах — ЭВМ, электронных часах и таймерах, микропроцессорной и другой цифровой технике. Тактовые импульсы часто используются как эталонная частота — считая их количество, можно, например, измерять временные интервалы.

В микропроцессорной технике один тактовый импульс, как правило, соответствует одной атомарной операции. Обработка одной инструкции может производиться за один или несколько тактов работы микропроцессора, в зависимости от архитектуры и типа инструкции. Частота тактовых импульсов определяет скорость вычислений.

Содержание

Типы генераторов

В зависимости от сложности устройства, используют разные типы генераторов.

Классический

В несложных конструкциях, не критичных к стабильности тактового генератора, часто используется последовательное включение нескольких инверторов через RC-цепь. Частота колебаний зависит от номиналов резистора и конденсатора. Основной минус данной конструкции — низкая стабильность. Плюс — предельная простота.

Кварцевый

Кварц + микросхема генерации

Микросхема генерации представляет собой специальную микросхему, которая при подключении к её входам кварцевого резонатора будет выдавать на остальных выводах частоту, делённую или умноженную на исходную. Данное решение используется в часах, а также на старых материнских платах (где частоты шин были заранее известны, только внутренняя частота центрального процессора умножалась коэффициентом умножения).

Программируемая микросхема генерации

В современных материнских платах необходимо большое количество разных частот, помимо опорной частоты системной шины, которые, по возможности, не должны быть зависимы друг от друга. Хотя базовая частота всё же формируется кварцевым резонатором (частота — 14,3 МГц), она необходима лишь для работы самой микросхемы. Выходные же частоты корректируются самой микросхемой. Например, частота системной шины может быть всегда равна стандартным 33 МГц, AGP — 66 МГц и не зависеть от частоты FSB процессора.

Если в электронной схеме необходимо разделить частоту на 2 используют Т-триггер в режиме счётчика импульсов. Соответственно, для увеличения делителя увеличивают количество счётчиков (триггеров).

Тактовый генератор

Тактовый генератор — автогенератор, формирующий рабочие такты процессора («частоту»). В некоторых процессорах (например, Z80) выполняется встроенным.

Кроме тактовки процессора в обязанности тактового генератора входит организация циклов системной шины. Поэтому его работа часто тесно связана с циклами обновления памяти, контроллером ПДП и дешифратором сигналов состояния процессора.

См. также

• Кварцевый резонатор
• Кварцевый генератор
• Блокинг-генератор
• Генератор (электроника)
• Автогенератор

• Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
• Проставив сноски, внести более точные указания на источники.

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Инвентаризация
• Удивительный доктор Клиттерхаус

Полезное

Смотреть что такое «Генератор тактовых импульсов» в других словарях:

генератор тактовых импульсов — генератор синхроимпульсов — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы генератор синхроимпульсов EN clock … Справочник технического переводчика

генератор тактовых импульсов — takto impulsų generatorius statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. clock pulse generator; timing pulse generator vok. Taktimpulsgenerator, m rus. генератор тактовых импульсов, m pranc. générateur d impulsions de rythme, m … Automatikos terminų žodynas

генератор тактовых импульсов — taktų impulsų generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Generatorius, kuriantis stabilaus periodo impulsus, kurie naudojami tam tikrų įtaisų ar grandinių veikai sinchronizuoti. atitikmenys: angl. cycle repeat timer; … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

генератор тактовых импульсов — taktų impulsų generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. clock pulse generator; timing pulse generator vok. Impulszeitgeber, m; Taktimpulsgeber, m rus. генератор тактовых импульсов, m pranc. générateur d’impulsions de rythme, m;… … Fizikos terminų žodynas

задающий генератор (тактовых импульсов) — Ведущий опорный генератор, формирующий тактовые или синхронизирующие импульсы, используемые для управления другими генераторами, которые называются ведомыми. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь… … Справочник технического переводчика

опорный генератор тактовых импульсов — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN reference clock … Справочник технического переводчика

Генератор сигналов — Генератор сигналов это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.).… … Википедия

генератор синхроимпульсов, управляемый напряжением — генератор тактовых импульсов, управляемый напряжением — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы… … Справочник технического переводчика

Генератор колебаний электрический — Электронные генераторы большое множество устройств в радиотехнике и электронике (радиоэлектронике). Генератор представляет собой электронный усилитель охваченный цепью положительной обратной связи с фильтром. Содержание 1 Виды генераторов 2… … Википедия

Электронный генератор — Электронные генераторы большое множество устройств в радиотехнике и электронике (радиоэлектронике). Генератор представляет собой электронный усилитель охваченный цепью положительной обратной связи с фильтром. Содержание 1 Виды электронных… … Википедия

Выбор правильного генератора для вашего микроконтроллера

Внутренний или внешний? Кварц или керамика? Кварцевый генератор или кремниевый генератор? Так много вариантов тактовой синхронизации. какой из них подойдет для вашего проекта?

Варианты генерирования тактового сигнала

Каждому микроконтроллеру нужен источник тактового сигнала. Процессор, шина памяти, периферия – тактовые сигналы находятся внутри микроконтроллера. Они определяют скорость, с которой процессор выполняет инструкции, скорость передачи сигналов по последовательной связи, количество времени, необходимое для выполнения аналого-цифрового преобразования, и многое другое.

Всё это тактирующее действие приводит к источнику тактового сигнала, а именно к генератору. Поэтому вам необходимо убедиться, что ваш генератор сможет поддерживать любую производительность, которую вы ожидаете от своего микроконтроллера. Однако, в то же время некоторые варианты генераторов более сложны или дороги, по сравнению с другими. Поэтому ваш выбор генератора должен также основываться на важности снижения затрат и сложности, когда это возможно.

Существует довольно много способов формирования тактового сигнала для микроконтроллера. Техническое описание для вашего конкретного устройства должно содержать достаточно много информации о том, какие типы генераторов вы можете использовать, и как реализовать их таким образом, чтобы это было совместимо с аппаратным обеспечением устройства. В данной статье основное внимание будет уделено преимуществам и недостаткам различных источников тактовых импульсов, чтобы вы могли осмысленнее сделать выбор среди вариантов генераторов, описанных в техническом описании на ваш микроконтроллер.

Итак, давайте начнем со списка, а затем обсудим каждый вариант:

• внутренний:
  • обычно (насколько я знаю, всегда) схема резистор-конденсатор;
  • петля фазовой автоподстройки частоты с дальнейшим умножением частоты;
• внешний:
  • генератор на CMOS логике;
  • кварцевый резонатор;
  • керамический резонатор;
  • резистор-конденсатор;
  • только конденсатор.

Внутренние генераторы: принцип KIS

Я сторонник принципа KIS («Keep it simple», «не усложняй»), следовательно, я высоко ценю внутренние генераторы и призываю вас использовать внутренний генератор, когда это возможно. Внешние компоненты не требуются. Вы можете смело предположить, что частота соответствует выбранной, поскольку генератор был разработан теми же людьми, что всё остальное в микроконтроллере. Кроме того, основные технические характеристики – например, начальная точность, коэффициент заполнения (скважность), зависимость от температуры – (будем надеяться) указаны непосредственно в техническом описании.

Основным недостатком внутренних генераторов является малые точность и стабильность частоты. Частота зависит от значений пассивных компонентов, составляющих схему генератора, а допуски для значений этих пассивных компонентов не особенно жесткие. Кроме того, на емкость и сопротивление влияет температура окружающей среды, поэтому внутренние RC-генераторы подвержены температурному дрейфу, то есть изменения температуры приводят к изменениям частоты.

По моему опыту, многие приложения могут терпеть недостатки внутреннего генератора, особенно когда частота была откалибрована на заводе. В старых микроконтроллерах частота внутреннего генератора может иметь допуск до ±20%. Однако более новое устройство может дать вам точность ±1,5% (или лучше), что достаточно точно для связи по RS-232 и даже (в сочетании со схемой восстановления тактового сигнала) для USB.

Другим способом расширения возможностей внутреннего генератора является ручная «подстройка» – если у вашего микроконтроллера есть регистр подстройки/калибровки, вы можете регулировать частоту, изменяя значение в этом регистре. Это очень практичный метод для небольших проектов: просто измерьте тактовую частоту с помощью осциллографа или частотомера, а затем, соответствующим образом, подстройте генератор.

Разновидностью внутреннего генератора является использование петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ, PLL). ФАПЧ позволяет низкокачественному высокочастотному внутреннему генератору извлекать выгоду из стабильности и точности внешнего генератора. В целом, ФАПЧ не помогает вам избежать внешних компонентов, поскольку для нее требуется эталонный тактовый сигнал, который обычно получают с помощью кварцевого резонатора. Тем не менее, если у вас где-то на плате есть высококачественный тактовый сигнал, но вы не хотите использовать его для микроконтроллера, потому что он слишком медленный, вы можете использовать PLL, чтобы умножить этот тактовый сигнал до приемлемой частоты.

Генератор на CMOS логике

Другой простой способ синхронизации – это так называемый «генератор CMOS логике», который подпадает под категорию «из-за отсутствия лучшего термина». «Генератор CMOS логике» – расплывчатый (хотя и удобный) способ обращения к любому тактовому сигналу, создаваемому каким-либо другим компонентом на плате. Генератор CMOS логике – это отличный вариант, если в вашем проекте уже есть генератор тактового сигнала с 1) подходящей частотой и 2) электрическими характеристиками, совместимыми с входной CMOS схемой тактового сигнала микроконтроллера. Однако часто это не так, поэтому давайте рассмотрим два варианта формирования тактовых импульсов на CMOS логике.

Во-первых, это «кварцевый генератор». Сейчас самое время указать, что кварцевый резонатор – это не генератор; скорее, это центральный компонент схемы кварцевого генератора, который может выглядеть примерно так:

Кварцевый генератор

Кварцевые генераторы – это удобные устройства, которые состоят из кварцевого резонатора и дополнительной схемы, необходимой для генерирования стандартного цифрового тактового сигнала. Таким образом, вы получаете стабильность и точность кварца, не беспокоясь о нагрузочной емкости и тщательности компоновки печатной платы, необходимой для обеспечения надежной работы микроконтроллера с отдельным кварцевым резонатором.

Второй вариант – «кремниевый генератор». Этот термин относится к микросхемам генераторов, которые не основаны на кварцевых или керамических резонаторах. Эти устройства универсальны и просты в использовании, и они могут быть довольно точными. Например, для серии LTC6930 от Linear Tech требуется только один блокировочный конденсатор, а подавляющее большинство моделей таких микросхем обеспечивают точность номинальной частоты в пределах 0,05%:

Генератор тактового сигнала на микросхеме LTC6930-8.00 График распределения типового отклонения частоты

Кремниевые генераторы более надежны, чем кварцевые и керамические резонаторы, особенно в суровых условиях, подверженных ударам или вибрации. Но они дороже.

Кварцевые и керамические резонаторы

Если вам нужна действительно высокая точность и стабильность без дополнительных затрат на микросхему генератора на основе кварцевого резонатора, выбирайте вариант с одиночным кварцевым резонатором. На рынке широко доступны компоненты с допуском менее 20 миллионных долей (т.е. 0,002%). Схема генератора, показанная выше, частично интегрирована в микроконтроллеры, которые поддерживают конфигурацию с отдельным кварцем; вам нужно будет только обеспечить правильные нагрузочные конденсаторы. Общая емкость нагрузки (C_{нагр.общ.}) указывается в техническом описании на кварцевый резонатор, а нагрузочные конденсаторы выбираются следующим образом:

где C_пар. представляет любую паразитную емкость. Этот расчет на практике довольно прост: выберите разумное значение для C_пар. (скажем, 5 пФ), вычтите его из C_{нагр.общ.}, и затем умножьте результат на два. Таким образом, если техническое описание указывает нагрузочную емкость 18 пФ, мы имеем

[C_ <нагр.1>= C_ <нагр.2>= (18пФ — 5пФ) cdot 2 = 26 пФ]

Керамические резонаторы менее точны, чем кварцевые; допуски обычно составляют от 1000 до 5000 милилонных долей. Они могут сэкономить вам несколько центов, если вам не нужна точность кварца. Но, на мой взгляд, главное преимущество заключается в том, что вы можете получить керамические резонаторы со встроенными нагрузочными конденсаторами.

Последний и наименее распространенный.

Существует не так много ситуаций, когда требуется генератор на внешних резисторе-конденсаторе или только на конденсаторе. Если по какой-то причине вам не подходят варианты внешних генераторов, рассмотренные выше, выбирайте микроконтроллер с внутренним генератором и используйте его. Однако, если вы полны решимости откопать один или два пассивных компонента из своей коробки запчастей, обратитесь к техническому описанию микроконтроллера за инструкциями по подключению и проектированию схемы генератора. Ниже показаны примеры подключения компонентов, взятые из технического описания на микроконтроллеры C8051F12x – 13x от Silicon Labs:

Варианты использования внешних резисторов и конденсаторов для создания схемы тактового генератора микроконтроллера

И вы можете обратиться к странице 190 этого же технического описания для получения информации о выборе значений компонентов.

Заключение

Надеюсь, что теперь вы знаете достаточно, чтобы в следующий раз, когда вам нужно будет выбрать генератор для микроконтроллера, принять обоснованное и уверенное решение. Вот мои рекомендации в двух словах:

• используйте внутренний генератор, когда это возможно;
• используйте кремниевый генератор, если его точность адекватна, а стоимость приемлема – в противном случае, используйте кварцевый резонатор.

Компьютер в роли осциллографа, спектроанализатора, частотомера и генератора

Современная измерительная аппаратура давно срослась с цифровыми и процессорными средствами управления и обработки информации. Стрелочные указатели уже становятся нонсенсом даже в дешевых бытовых приборах. Аналитическое оборудование все чаще подключается к обычным ПК через специальные платы-адаптеры. Таким образом, используются интерфейсы и возможности программ приложений, которые можно модернизировать и наращивать без замены основных измерительных блоков, плюс вычислительная мощь настольного компьютера.

Кроме того, и расширение возможностей обычного компьютера возможно за счет разнообразных программно-аппаратных средств, — специальных плат расширения, содержащих измерительные АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). И компьютер очень легко превращается в аналитический прибор, к примеру, — спектроанализатор, осциллограф, частотомер… , как и во многое другое. Подобные средства для модернизации компьютеров выпускаются многими фирмами. Однако цена и узконаправленная специфика не делают это оборудование распространенным в наших условиях.

Но зачем далеко ходить? Оказывается, простой ПК в своей конструкции уже содержит средства, которые с некоторыми ограничениями способны превратить его в тот же осциллограф, спектроанализатор, частотомер или генератор импульсов. Согласитесь, уже немало. К тому же делаются все эти превращения только с помощью специальных программ, которые к тому же совершенно бесплатны и каждый желающий может их скачать в Интернете.

Вы, наверное, зададитесь логичным вопросом — как же в измерениях можно обойтись без АЦП и ЦАП? Никак нельзя. Но ведь и то и другое присутствует почти в каждом компьютере, правда, называется по другому — звуковая карта. А чем не АЦП/ЦАП, скажите, пожалуйста? Это уже давно поняли те, кто написал для нее массу программ, не имеющих никакого отношения к воспроизведению музыки. Ведь обычная звуковая плата ПК способна воспринимать и преобразовывать сигнал сложной формы в пределах звуковой частоты и амплитудой до 2В в цифровую форму со входа LINE-IN или же с микрофона. Возможно и обратное преобразование, — на выход LINE-OUT (Speakers). Таким образом, вы можете работать с любым сигналом до 20 кГц, а то и выше, в зависимости от звуковой платы. Максимальный предел уровня входного напряжения 0,5-2 В тоже не составляет проблемы, — примитивный делитель напряжения на резисторах собирается и калибруется за 15 минут. Вот на таких-то нехитрых принципах и строятся программное обеспечение: осциллографы, осциллоскопы, спектроанализаторы, частотомеры и, наконец, генераторы импульсов всевозможной формы. Такие программы эмулируют на экране компьютера работу привычных для нас приборов, естественно со своей спецификой и в пределах частотного диапазона вашей звуковой платы.

Как это работает? Для пользователя все выглядит очень просто. Запускаем программу, в большинстве случаев такое ПО не нужно даже инсталлировать. На экране монитора появляется изображение осциллографа: с характерным для этих приборов экраном с координатной сеткой, тут же и панель управления с кнопками, движками и регуляторами, тоже часто копирующими вид и форму таковых с настоящих — аппаратных осциллографов. Кроме того, в программных осциллографах могут присутствовать дополнительные возможности, как, например, возможность сохранения исследуемого спектра в памяти, плавное и автоматическое масштабирование изображения сигнала и т.д. Но, конечно же, есть и свои недостатки.

Как подключиться к звуковой карте? Здесь нет ничего сложного — к гнезду LINE-IN, с помощью соответствующего штекера. Типичная звуковая плата имеет на панельке всего три гнезда: LINE-IN, MIC, LINE-OUT (Speakers), соответственно линейный вход, микрофон, выход для колонок или наушников. Конструкция всех гнезд одинакова, соответственно и штекеры для всех идут одни и те же. Программа осциллограф будет работать и отображать спектр и в том случае если снимается звуковой сигнал с помощью микрофона, подключенного к своему входу. Более того, большинство программных осциллографов, спектроанализаторов и частотомеров нормально функционируют, если в это же время на выход звуковой платы LINE-OUT выводится какой-то другой сигнал с помощью другой программы, пусть даже музыка. Таким образом, на одном и том же компьютере можно задавать сигнал, скажем с помощью программы генератора, и тут же его контролировать осциллографом или анализатором спектра.

При подключении сигнала к звуковой плате следует соблюдать некоторые предосторожности, не допуская превышения амплитуды выше 2 В, что чревато последствиями, такими как выходом устройства из строя. Хотя для корректных измерений уровень сигнала должен быть гораздо ниже от максимально допустимого значения, что так же определяется типом звуковой карты. Например, при использовании популярной недорогой платы на чипе Yamaha 724 нормально воспринимается сигнал с амплитудой не выше 0,5 В, при превышении этого значения пики сигнала на осциллографе ПК выглядят обрезанными (рис.1). Поэтому для согласования подаваемого сигнала со входом звуковой карты потребуется собрать простой делитель напряжения (рис.2).

Устройство материнской платы

Содержание

• Материнская плата
• Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
• Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)
• Память CMOS
• Часы реального времени
• Блок обработки прерываний
• Блок прямого доступа к памяти
• Таймер
• Тактовый генератор

Материнская плата

«Мозгами» компьютера является процессор, «телом» компьютера же представляют в виде материнской платы, ее задача собирать «до кучи» все компьютерные модули, затем организовывать их работу. С развитием прогресса в компьютерных технологиях множество компьютерных составляющих (такие как звук, видео и разнообразные контроллеры) стали интегрировать в материнскую плату, поэтому они стали ее неотъемлемой частью. На данный момент материнская плата является сложным электронным узлом, который составляет остов компьютерной системы.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)

Постоянная память (Read Only Memory, ROM) помогает считывать информацию, и все, информацию постоянного запоминающего устройства пользователь никогда не сможет поменять.

Постоянное запоминающее устройство (системное постоянное запоминающее устройство) — это энергонезависимое устройство, которое может содержать следующие программы: BIOS (загрузка системы, которая является начальной), POST (тестирование, которое является начальным), Setup BIOS (там хранится любая информация о настройках БИОСа в CMOS).

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

Оперативная память (Random Access Memory, RAM) рассчитана не только на считывание информации, но и для записи информации.

Оперативное запоминающее устройство может включать в себя контроллер оперативной памяти, а также средства, которые помогут в подключении модулей оперативной памяти. Физически оперативное запоминающее устройство должно выполняться на отдельных небольших планках (с микросхемами, которые должны быть впаяны), устанавливающиеся в специализированные (разъемы) на материнской плате.

В оперативном запоминающем устройстве должна размещаться любая текущая информация (данные, программные коды), которая необходима для полноценной работы компьютера. Центральный процессор сможет проработать только с постоянным запоминающим устройством и оперативным запоминающим устройством. Это значит, чтобы процессор смог получить информацию с винчестера, Flash носителя, любого компакт-диска — данная информация сначала должна быть перемещена в оперативную память, а только после этого процесса процессор начнет ее считывать.

Память CMOS

Память CMOS также как и постоянное запоминающее устройство является «как бы» памятью, которая является энергонезависимой, потому что ее питание идет от небольшого аккумулятора (батарейки), который размещен на материнской плате. Если срок действия аккумулятора закончится (3-5 лет обычно может прослужить), тогда компьютер выдаст сообщение об ошибке, а значит, аккумулятор нужно заменить. Память CMOS (КМОП-память), хранящая параметры системы, данные о конфигурации компьютера и другую служебную информацию, которая необходима для регулярной загрузки, а также функционирования операционной системы.

Часы реального времени

Часы реального времени (RTC, Real Time Clock) являются отсчетом реального времени. Часы будут продолжать функционировать даже после того, как компьютер окажется отключенным, они будут питаться от КМОМ батарейки. Чаще всего часы реального времени и CMOS память физически могут быть расположены в одной микросхеме.

Блок обработки прерываний

Он может служить для того, чтобы прервать текущий ход событий, а также выполнение программ по сигналу от неких составляющих материнской платы, также от некоторых подключенных периферийных устройств. У него есть 15 входов.

Блок прямого доступа к памяти

Он может содержать 7 каналов прямого доступа, а также предназначен для обмена данными напрямую между любыми устройствами компьютера, при этом может миновать центральный процессор.

Таймер

Данный таймер может быть предназначен для отсчета временных интервалов и подачей по специальным линиям управляющих сигналов.

Тактовый генератор

Секунда является единицей отсчета времени в вашей повседневной жизни, а в компьютере ею является такт. Любые события в компьютерной системе должны происходить в последовательности, которая должна быть строго отведенной, в одинаковых интервалах измеряется время работы. Синхросигнал (тактовая частота) должна задавать скорость работы компьютера. Тактовый генератор формирует тактовую частоту. Системная частота вырабатывается на основе тактовой частоты, он помогает формировать рабочие частоты всех блоков и шин компьютера.

Те составляющие, которые были перечислены выше, всегда должны присутствовать на материнской плате IBM компьютера.

Дополнительная информация по теме

Наиболее полное описание общих принципов устройства звуковой карты в компьютере, методы сжатия аудио сигнала и воспроизведения звука

Описание максимально полного списка часто используемых модулей памяти в компьютерной индустрии, компьютеры, периферия

В статье описаны особенности материнской платы ноутбука, причины порчи материнской платы и преимущества профессионального ремонта перед самостоятельным

Статья об устройстве жесткого диска, основных деталях hdd и принципе его работы в современных компьютерах