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[分享]PC机主板常见故障分析和排除

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    发表于 2009-4-30 10:18:00 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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        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?#25216;?#25104;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。?#24065;?#21488;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、?#25165;?#39537;动器不能引导等,但是?#25512;?#25925;障的性质?#27492;擔?#21487;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?#21462;?#20027;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?#34987;荊?#22312;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?#24403;?#21387;器四路开关稳压电源,电源功?#35797;?00W~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?#19978;?#20027;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、?#25165;?#39537;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?#38405;?#25351;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?#30431;?#38656;直流电?#25925;?#20986;。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?#38382;?#38388;(约100ms~500ms)的?#37038;?#21518;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?#25925;?#25928;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?#24405;?#31181;:  1.直流变换器驱动电?#20998;?#30340;功?#22763;?#20851;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?#25442;?#20799;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?#20351;埽?#36896;成电?#27425;?#36755;出。当电压过低时,造成欠压,进入保护状态,电?#27425;?#36755;出电压。  6.PG信号无动作或PG信号?#37038;?#26102;间不够,机器不能启动。  根据?#25910;?#30340;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?#20013;?#26102;间不?#25442;?#27809;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?#27425;?#29366;态。这时PC机也出现黑屏、无声响?#20154;?#26426;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?#37038;?#26102;间不够,可以在电源的PG信号线与地线之间跨接一个100μF左?#19994;?#30005;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?#37038;保?#20445;证PG信号有足够的?#37038;?#26102;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?#27425;?#22909;。 #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?#25910;?#30340;经验,由于CPU芯片本身的故障?#26102;冉系停?#22240;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?#27425;?#20449;号RESET;二是系统时?#26377;?#21495;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?#27425;?#39537;动信号是否具有一个正脉冲,如果没有则是系统?#27425;?#25925;障,应重点检查?#27425;?#20449;号产生电路,或PC信号和RC信号线?#36820;?#36923;辑关系?#21462;?#25509;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?#26377;?#21495;是否具有一个标准的TTL电平脉冲方波,?#26032;?#20914;则说明CLK信号正常,反之CLK有故障,应重点检查时?#26377;?#21495;产生电路,传输线路及相关芯片的逻辑关系?#21462;?#25509;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?#21462;?#23545;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?#25925;?#21576;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?#21462;?#23427;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,?#25925;?#20986;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?#36820;?#35835;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?#36820;?#25351;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?#39749;?#23436;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,?#19994;?#26377;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,?#25910;?#24120;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?#20132;蠐新?#20914;信号,则是系统总线故障。一般情况是,若发现某一?#25442;?#24456;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?#27425;?#24658;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?#30452;?#25104;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?#35797;贗SA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?#25442;?#24456;少几位为恒定电平,则马上?#27425;?#27979;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?#21462;?#22312;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?#25163;?#32423;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?#36820;?#20851;键部件的故障。一旦这些部件出现故障,将使整个系统陷于?#34987;盡! ?#26681;据?#25910;?#30340;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?#22336;?#20851;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?#26032;?#20914;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?#26032;?#20914;,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?#26032;?#20914;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?#33267;?#19968;?#38382;?#38388;后上升为高电平,则表示?#27425;?#27491;常,这?#26412;?#21487;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C 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?#38382;?#20002;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?#38382;?#20002;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?#19994;?#25439;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?#19968;?#35201;熟悉和掌握PC机和主板的工作原理,不?#29486;?#32467;?#23548;使?#20316;中的经验,才能更快地提高水平。
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