【正文】 Environment。加入了一個(gè) 8 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 2 個(gè)熱敏電阻輸入信號端，和 8 個(gè)監(jiān)測電壓輸入端（包括 3VSB、 AVCC內(nèi)部 VBAT 測量）等。 如果沒有它，計(jì)算機(jī)是無法運(yùn)行的。如 表 所示 ： 表 IT8771E 中與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速相關(guān)的管腳 管腳 符號 類型 電源 作用 3 FAN_TAC1 DI AVCC3 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速反饋信號的輸入端 0~5V 4 FAN_CTL1 DOD8 AVCC3 輸出 PWM 風(fēng)扇控制信號 5 FAN_TAC2 DI AVCC3 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速反饋信號的輸入端 0~5V 6 FAN_CTL2 DOD8 AVCC3 輸出 PWM 風(fēng)扇控制信號 12 3VSB PWR — 的 Standby 電源 13 VCORE AO — 的內(nèi)部電源（需連接外部電容） 25 GNDD GND — 數(shù)字地接口 30 VBAT PWR — 3V 的電池輸入 44 GNDA GND — 模擬地接口 45 TMPIN AI AVCC3 連接熱傳感器 46 TMPIN AI AVCC3 連接熱傳感器 47 VREF AO — 為外部溫度傳感器提供 53 AVCC3 PWR — 的模擬電源 從圖 中可以看出 SUPER I/O 的功能是多種多樣 的。有的用戶要求比較多，需要用到 128pin 的 SUPER I/O， 但本設(shè)計(jì)中用的是 64pin 的芯片。 下面，以 IT8771E 為例子介紹下 I/O 芯片。兩者主要差別： 第一， IT8771E 工作電壓為＋ 5V， W83627DHGA 的工作電壓為＋ 。 圖 SUPER I/O 芯片 目前，在兩大平臺電腦中，分別對應(yīng)著兩種主流的 I/O 芯片。 SUPER I/O 有著轉(zhuǎn)換和管理功能，這是由于南橋和串行、并行接口、軟盤驅(qū)動(dòng)器及鍵盤鼠標(biāo)等大量低速設(shè)備之間必定存在資源的不匹配，而需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換和管理。在這顆芯片當(dāng)中，整合著大部分傳統(tǒng) IO 的 IC 功能，包含軟驅(qū) /串口 /并口 /電源管理 /系統(tǒng)偵測 /紅外 /鍵 盤、 鼠 標(biāo) 等等。同時(shí)也可以在 BIOS 中查看系統(tǒng)的溫度，進(jìn)入 BIOS 后通過上下左右鍵可以看到類似下圖的系統(tǒng)各部位的溫度及風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。C ）幾個(gè)選項(xiàng)，例如我們選擇 60，則當(dāng) CPU 超過此溫度時(shí)，主板會發(fā)出警告信號，并調(diào)用 idle 指令減少 CPU 的負(fù)擔(dān)，降低芯片熱量。 本設(shè)計(jì)中應(yīng)用 BIOS 芯片就是在程序中對 CPU 溫度的控制進(jìn)行必要的設(shè)置。 2） 程序服務(wù) BIOS 可以直接與電腦中的 I/O 芯片打交道，即 BIOS 可以通過特定的數(shù)據(jù)端口發(fā)出命令，傳送或接收各種外部設(shè)備的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)軟件程序?qū)τ布闹苯硬僮?。如?BIOS 在自檢時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，一般分為兩種情況進(jìn)行處理。 1） 自檢及初始化 開機(jī)后， BIOS 首先被啟動(dòng)。 BIOS 的封裝形式有兩種，分別是 DIP 封裝形式和 PLCC 封裝形式。 Phoenix BIOS是由 Phoenix 公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。 AMI BIOS 是 AMI公司推出的 BIOS 系統(tǒng)軟件，開發(fā)與上個(gè)世紀(jì) 80 年代中期。 Award BIOS 是由 Award Software 公司開發(fā)的產(chǎn)品，在目前的主板市場上最受歡迎。 圖 BIOS 芯片 目前市面上較為流行的 BIOS 芯片主要有 Award BIOS、 AMI BIOS 和 Phoenix BIOS這三種類型。其主要功能是為計(jì)算機(jī)提供最底層的、最直接的硬件設(shè)置和控制，它是連接軟件程序和硬件設(shè)備之間的樞紐，通俗的說， BIOS 是硬件與軟件之間的一個(gè) “ 轉(zhuǎn)換器 ” 或者說是接口，負(fù)責(zé)解決硬件的即時(shí)要求，并按軟件對硬件的操作要求具體執(zhí)行。 BIOS 芯片 BIOS 是英文 “ Basic Input Output System” 的縮寫，中文含義是基本輸入輸出系統(tǒng)。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 6 CPU溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)芯片介紹 在本設(shè)計(jì)中會應(yīng)用到很多芯片，比較基本的是主板上很重要的 BIOS 芯片 和 SUPER I/O 芯片，還有 4pin 風(fēng)扇中的驅(qū)動(dòng)芯片 LB11961 芯片。這樣看來，不論是 86 87 91 92 945 和 955 芯片組還是 NVIDIA 的 nForce4 SLi Intel Edition 芯片組，只要是搭配 LGA 775 P4 CPU 的平臺都可以享受到這項(xiàng)新技術(shù)。 CPU 提供溫度功耗等信息給風(fēng)扇，通過風(fēng)扇內(nèi)部集成的芯片及 PWM 調(diào)節(jié)電路進(jìn)行調(diào)速。 利用電子開關(guān)將直流斬波成一定頻率的方波，調(diào)節(jié)方波的寬度以改變輸出電壓或電流。它的原理是通過 CPU 內(nèi)部感應(yīng)器感知 CPU 的功耗及溫度，通過相關(guān)芯片及 PWM 脈寬調(diào)節(jié)式電子開關(guān)電路對風(fēng)扇供電的脈沖頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇調(diào) 速。這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用于大多數(shù)支持 LGA 775 CPU 的主板上。 2020 年底， Intel 推出了新的 LGA 775 P4 CPU，但它的功耗高，發(fā)熱量大，所需的散熱器也要搭配有高 轉(zhuǎn)速風(fēng)扇，但高轉(zhuǎn)速風(fēng)扇必然帶來很大的噪音。至少，由富士武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 康代工的 Intel 原包主板相對更接近真實(shí)的 CPU 表面溫度一些。所以，相同的風(fēng)扇，上到不同的主板上，可能帶來的最低轉(zhuǎn)速不盡相同。但是我們知道，目 前各個(gè)廠家在測溫時(shí)候的誤差有大有小，溫度的補(bǔ)償也不一樣。 最后，有一點(diǎn)需要注意。以上就是最簡單的 PWM 智能溫控風(fēng)扇的原理，其中很多地方都簡化了，在實(shí)際中，不是一個(gè)三極管這么簡單，還有一個(gè)另外的電路和芯片負(fù)責(zé)此功能，但是其原理都是類似的。通過此三極管在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間長短，我們很容易實(shí)現(xiàn)對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制。最簡單的 PWM 溫控電路，在風(fēng)扇的電路板上多了個(gè)控制電路，我們把它簡單的理解為一個(gè)三極管，其中一級和 PWM 的方波脈沖連接，這個(gè)級上如果出現(xiàn)高電平，則三極管另外兩極處于導(dǎo)通狀態(tài)，如果是低電平，則另外兩極處于斷開狀態(tài)。 TTDC on? () 其中 ， Ton 為信號在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間， T 為信號的周期。 直流電機(jī)機(jī)械特性曲線如 圖 所示 ： 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 nn0n0 1n0 2n0 3TT0UNU1U2U3 圖 直流電機(jī)機(jī)械特性曲線 在具有 PWM 智能風(fēng)扇 功能的主板上，除了原先的測溫電路之外，多了一個(gè) PWM的控制芯片，他的作用是根據(jù)測溫電路測得的 CPU 溫度，發(fā)出 具有 不同占空比的 PWM脈沖信號。改變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能平滑高速，但高速 范圍不大 [11]。 常用的調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法有三種，分別為：調(diào)節(jié) 電 樞供電電壓；減弱勵(lì)磁磁通；改變電樞回路總電阻。 這 4 根線的顏色是不同的，每種顏色代表的含義見表 [10]： 表 4pin CPU FAN 插座及各 pin 的顏色 針角 功能 顏色 1 GND（接地） 黑 2 12V（電源） 黃 3 Sense (轉(zhuǎn)速監(jiān)測 ) 藍(lán) 4 Control(轉(zhuǎn)速控制 ) 綠 PWM溫控風(fēng)扇原理 由上文可知，要控制 CPU 的溫度， 就要調(diào)節(jié) CPU FAN 的轉(zhuǎn)速。改進(jìn)后的 4pin 插座如圖 所示。那么 4pin 風(fēng)扇多出來的一根線是做什么的呢。 圖 3pin CPU FAN 電 路原理圖 圖 4pin CPU FAN 電路原理圖 2020 年 Intel 最大的一個(gè)舉措莫過于推出了新的架構(gòu) soket T，在這個(gè)新的架構(gòu)中，除了大家熟知的沒有了針腳的 CPU，新的扣具方式外，有一個(gè)明顯的變化，卻很少有人提及，那就是風(fēng)扇的電源接口變成了 4pin。在很多 i915/i925X主板來看，未來風(fēng)扇的接口將逐漸從 3pin 向 4pin 轉(zhuǎn)變。 新一代的 LGA775 主板將會改用全新的 4pin 接口散熱器。 第三， PWM 溫控風(fēng)扇在開機(jī)的瞬間，轉(zhuǎn)速會提升到最高，持續(xù)數(shù)秒后，降低到待機(jī)的低轉(zhuǎn)速水平。而設(shè)計(jì)的最高轉(zhuǎn)速為 四千多轉(zhuǎn) 每分 ，只有在 CPU 溫度接近極限溫度，即 6567 度時(shí)候，才會出現(xiàn)。 第二， PWM 風(fēng)扇在計(jì)算機(jī)待機(jī)的時(shí)候，可以保持在一個(gè)非常低的轉(zhuǎn)速上。根據(jù)不同的 CPU 溫度，溫控風(fēng)扇會有不同的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與之對應(yīng)，并且風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速變化可以做到四級五級，甚至更多，基本上是無極變速的感覺。永磁磁場的發(fā)展與永磁材料的應(yīng)用密切相關(guān)，第三代永磁材料的應(yīng)用，促使直流無刷電機(jī)向高效率、小型化、節(jié)能方向邁進(jìn) 。電機(jī)本身是直流無刷電機(jī)的核心，它不僅關(guān)系到性能指標(biāo)、噪聲振動(dòng)、可靠性和使用壽命等，還涉及制造費(fèi)用及產(chǎn)品成本。 CPU FAN 的電動(dòng)機(jī)是流無刷電動(dòng)機(jī)。和以前 3 芯相比，多出了一根黃色的線。慢慢的 CPU FAN 發(fā)展到 3 芯設(shè)計(jì)，它在原來兩根 線基礎(chǔ)上加入了一顆藍(lán)線（或者是白線），主要的目的是偵測風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。當(dāng) CPU 溫度升高時(shí)，溫度會傳導(dǎo)給其表層的銅鎳合金，合金再通過導(dǎo)熱硅脂把熱量傳給一種鋁制散熱片，最后再由 CPU FAN 將熱量吹走。 CPU 表層覆蓋著 一層導(dǎo)熱性良好的銅鎳合金。一般情況下CPU 的溫度的溫升應(yīng)該在 30 度范圍內(nèi)。如果 CPU 長時(shí)間工作在高溫環(huán)境下會嚴(yán)重影響 CPU 的使用壽命。 PWM 驅(qū)動(dòng)裝置在中小功率場合，有著晶閘管驅(qū)動(dòng)裝置無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，例如：調(diào)速范圍寬、快速性好、電流波形系數(shù)好、功率因數(shù)好等 [5]。在接收端，通過適當(dāng)?shù)?RC 或 LC 網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。 對噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是 PWM 相對于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)?PWM 用于通信的主要原因。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。占空比是接通時(shí)間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。許多微控制器內(nèi)部都包含有 PWM 控制器。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進(jìn)行編碼。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。因此，從圖 中可以看出，比較器輸出一列下降沿調(diào)制的脈沖寬度調(diào)制波。該系統(tǒng)有一個(gè)比較器和一個(gè)周期為 Ts 的鋸齒波發(fā)生器組成。脈沖寬度調(diào)制波通常由一列占空比不同的矩形脈沖構(gòu)成，其占空比與信號的瞬時(shí)采樣值成比例。如圖 所示。 圖 用 PWM 波替代正弦波 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 對于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到 PWM 波形，因此正弦波一個(gè)完整周期的等效 PWM 波如圖 。用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波 ，將 正弦半波 N 等分，可看成 N 個(gè)彼此相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等。 圖 不同形狀的窄脈沖效果測量電路 當(dāng) e(t)為以下圖 所示的幾種窄脈沖形式時(shí)，其響應(yīng)效果如圖 所示 。如圖 所示。效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。 按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制 ， 既可改變逆變電路輸出電壓的大小 ， 也可改變輸出頻率。 脈寬調(diào)制技術(shù) (PWM)的基本思想及工作原理 采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論 ： 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí) ， 其效果基本相同 [4]。 通過以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱，其功耗相對于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。在簡單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。模擬信武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 號與數(shù)字信號的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在 {0V, 5V}這一集合中取值。 9V 電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪?確地等于 9V，而是隨時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。可以通過調(diào)整 PWM 的周期、 PWM 的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限 ， 結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會成為 PWM 控制技術(shù)發(fā)展的主要 方向之一。 PWM 控制技術(shù)以其控制簡單 ， 靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式 ， 也是人們研究的熱點(diǎn)。 直到進(jìn)入上世紀(jì) 80 年代 ， 隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展 ， PWM 控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用 .隨著電力電子技術(shù) ， 微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法 ， 如現(xiàn)代控制理論非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用 ， PWM 控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。 PWM 控制的思想源于通信技術(shù)，全控型器件的發(fā)展使得實(shí)現(xiàn)PWM 控制變得十分容易。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 4 脈寬調(diào)制技術(shù)（ PWM）概述 脈寬調(diào)制技術(shù)（ PWM）的由來與發(fā)展 脈沖寬度 調(diào)制 (PWM)，是英文 “ Pulse Width Modulation” 的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 基本上功率晶體管的開法可舉例如下： Q Q