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Elektor

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National Semiconductor stellt mit sei-
nem Microprocessor System Hardware
Monitor namens LM78 ein IC zur
Datenerfassung vor, das die Umge-
bungsparameter der Hardware von
PCs, Servern oder Mikrocontrollersy-
stemen überwacht. In einem PC kann
der LM78 gebraucht werden, um die
Betriebsspannungen, die Temperatur
auch an mehreren Stellen im System,
die Drehzahl der Ventilatoren zu

Wenn Computer als

höchst komplexe

Systeme zuverlässig

arbeiten sollen, müs-

sen Randbedingun-

gen wie Temperatur

oder Versorgungs-

spannung innerhalb

gewisser Grenzen sta-

bil sein. National

Semiconductor stellt

ein IC mit der

Bezeichnung LM78

vor, das diese Para-

meter überwacht. In

diesem Applikator

beschreiben wir den

Aufbau des ICs und

seine vielfältigen Mög-

lichkeiten.

PC-Hardware-Monitor

Ein IC überwacht

ein komplettes Computersystem

1

Bild 1. Der LM78, des-
sen Blockschaltbild
hier zu sehen ist,
überwacht die wichtig-
sten Umgebungspara-
meter im PC, Mikro-
controllersystem oder
Netzwerkserver.

Eigenschaften

m Temperaturüberwachung
m Überwachung von fünf positiven Spannungen
m Überwachung von zwei negativen Spannungen
m Überwachung von drei Ventilator-Drehzahlen
m Eingang für externen Temperatursensor
m Überwachung des Computergehäuses
m Watchdog-Komparator
m RAM für Speicherung des POST-Kodes
m ISA- und I

2

C-Interface

APPLIK

A

TOR

APPLIK

A

TOR

Im Applikator werden interessante, meist neue Bauteile und ihre Anwendungen vorgestellt.

Die Erhältlichkeit ist nicht garantier

t. Der Inhalt basier

t auf Herstellerangaben und ist nicht

vom Elektor-Labor auf Praxistauglichkeit überprüf

t!

Im Applikator werden interessante, meist neue Bauteile und ihre Anwendungen vorgestellt.

Die Erhältlichkeit ist nicht garantier

t. Der Inhalt basier

t auf Herstellerangaben und ist nicht

vom Elektor-Labor auf Praxistauglichkeit überprüf

t!

ermitteln oder auch zu erkennen,
wenn beispielsweise der Gehäuse-
deckel geöffnet wird. Die aktuellen
Werte dieser Parameter lassen sich
durch eine geeignete Software konti-
nuierlich aus den Registern des LM78
lesen. Über einen Watchdog-Kompara-
tor läßt sich ein vollständig program-
mierbares und maskierbares Interrupt-
System mit zwei Ausgängen aktivieren.
Sollte einer der Parameter aus dem

Rahmen fallen, erzeugt der LM78
einen Interrupt, auf dessen Veranlas-
sung hin die Software eine angemes-
sene Aktion unternimmt.

V

I E L E

M

Ö G L I C H K E I T E N

Um all diese verschiedenen Aufgaben
erfüllen zu können, ist der LM78 mit
reichlich Interfaces bedacht worden. So
gibt neben einem integrierten Tempe-
ratursensor fünf analoge Eingänge zur
Überwachung positiver, zwei analoge
Eingänge für negative Betriebsspan-
nungen sowie einen 8-Bit-A/D-Wand-
ler mit sieben Eingängen. Ein weiterer
Eingang ermöglicht den Anschluß
eines externen Temperatursensors (bei-
spielsweise zur Bewachung der CPU-
Temperatur). Wenn die vom Sensor
registrierte Temperatur über den ein-
gestellten Wert steigt, wird Alarm
geschlagen und ein Interrupt erzeugt.
Für die Überwachung der Ventilatoren
sind drei Eingänge reserviert. Hier
schließt man Signale von Tachogenera-
toren an, so daß das System genau die
Drehzahl der Ventilatoren ermittelt.
Ein weiterer Eingang ist für den
Gehäuse-offen-Indikator (Chassis
Intrusion Detector) reserviert, der bei-
spielsweise von einem Mikroschalter
oder einer Lichtschranke repräsentiert
wird. Wird das Computergehäuse
während des Betriebs geöffnet, löst die
Software eine Aktion aus (Warnsignal,
Auto-power-down).
Wie die diversen Funktionen mitein-
ander verbunden sind, zeigt die Block-
schaltung in

Bild 1 deutlich. Unten im

Bild ist die Interface-Logik für den ISA-
und den I

2

C-Bus angeordnet, darüber

ein POST-RAM (Power On Self Test)
und wiederum rechts davon eine

Logik, die Interrupts erzeugt. Die
Interrupts werden über die Leitungen
SMI (System Management Interrupt)
und NMI/IRQ (Non-Maskable Inter-
rupt/Interrupt Request) zum PC gelei-
tet.
Die Logik, die für die Verbindung zwi-
schen den Sensoren und dem Watch-
dog-Komparator sorgt, besteht aus
einem 8-bit-A/D-Wandler mit sieben
analogen Eingängen, zwei invertieren-
den Opamps und drei Zählern zur
Überwachung der Ventilator-Drehzah-
len.
Das Resultat der Ermittlungen wird in
einer Registerbank (20

H

...2A

H

) gespei-

chert, die in der Blockschaltbild mit
Value RAM bezeichnet ist. Der Watch-
dog-Komparator vergleicht die Resul-
tate der verschiedenen Register mit
den Grenzwerten, die vom Anwender
programmiert wurden. Bei Verletzung
eines erlaubten Bereichs wird über das
Interrupt Status Register und den ansch-
ließenden Block Interrupt Masking and
Control ein entsprechender Interrupt
ausgelöst.
Der LM78 konvertiert kontinuierlich
die Signale an den analogen Eingän-
gen in acht bit breite digitale Werte. Die
Stufengröße beträgt 16 mV, der Meß-
bereich reicht von 0 bis 4,096 V. Die bei-
den Inverter werden gebraucht, um

eine negative Versorgungsspannung in
den Meßbereich des A/D-Wandlers
umzusetzen. Aus diesem Grund sind
die Referenzeingänge der Opamps auf
Masse gelegt. Mit ein paar externen
Widerständen läßt sich dann jede
Spannung, ob -5 V oder -12 V, so redu-
zieren, daß sie den Meßbereich des
Wandlers nicht überschreitet. In Bild 2
sind die Widerstände für einige Stan-
dardspannungen schon dimensioniert
aufgelistet.
Die mit dem eingebauten Sensor
ermittelte Temperatur wird in ein 8-bit-
Zweierkomplement umgesetzt. So läßt
sich die Umgebungstemperatur bis auf
1 °C genau bestimmen.

B

L O C K A U F

B

L O C K

Die Registerstruktur des LM78 ist in
Bild 3 dargestellt. Im folgenden sollen
die einzelnen Blöcke beschrieben wer-
den.

m Configuration Register
Steuerung und Konfiguration des
Chips

m Interrupt Status Register
Zwei Register, die den Grenzwert und
den Status jedes Watchdogs oder
Interrupts bewahren.

m Interrupt Masking and Control
Bestimmt, welche Interrupts freigege-
ben werden.

m VID/Fan Division Register
Über die vier untersten Bits des Regi-
sters wird der Status der VID-Ein-
gänge, die mit den entsprechenden
digitalen Ausgängen eines P6-Prozes-
sors verbunden sind, abgefragt. Die
vier oberen Bits des Registers enthalten
den Divisor für die Eingänge FAN1
und FAN2.

m Serial Bus Address Register
Darin ist die Adresse des seriellen Bus
gespeichert. Nach dem Reset wird der

2

Bild 2. Die Dimensio-
nierung der analogen
Eingänge zur Überwa-
chung der Betriebs-
spannungsleitungen
in einem PC.

Bild 3. Die Speicher-
aufteilung des LM78.
Die Grenzwerte, bei
denen der Hardware-
Monitor Alarm schlägt,
werden in der Soft-
ware definiert.

3

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Elektor

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binäre Kode 00101101 als Ausgangs-
punkt geladen. Über den ISA- oder
den seriellen I

2

C-Bus kann der Inhalt

nach Wunsch angepaßt werden.

m Chip Reset/ID Register
Damit können alle Register des LM78
in ihre Ausgangsposition zurückge-
setzt werden. Weiterhin ist ein Flag
eingebaut (0100.0000

H

), damit die Soft-

ware die Chipversion erkennen kann.
Bei der älteren Version des LM78 ist
diese Reset-Funktion nämlich nicht
integriert.

m POST RAM
Ein FIFO-RAM (First In First OUT),
kann 32 Bytes des 8-bit-POST-Kode
speichern. Ein Überlaufen des POST-
Speichers verursacht einen Interrupt.

Der Speicher ist an den Basisadressen
x0

H

und x4

H

zu finden, so daß eine ein-

fache Dekodierung auf den für POST-
Kodes üblichen Basisadressen 80

H

und

84

H

erfolgen kann. Der Interrupt kann

nur aktiviert werden, indem man nach
x0

H

oder x4

H

schreibt. Das Auslesen des

POST-RAMs ist über die Adressen 85

H

und 86

H

möglich.

m Value RAM
Die Resultate der Monitorfunktion
(wie Temperatur, Ventilatordrehzahl,
Spannungen) und die Watchdog-
Limits sind in diesem Speicherab-
schnitt zu finden. Insgesamt stehen
dazu 64 Bytes zu Verfügung, wovon
die ersten elf für die Meßergebnisse,
die anderen 19 für die Grenzwerte
reserviert sind. Der Adreßbereich die-
ser Bank reicht von 20

H

bis 3F

H

, inklu-

sive der beiden höchsten und nicht
verwendeten Adressen. Die folgenden
32 Bytes im Bereich 60

H

bis 7F

H

bilden

einen Spiegel der ersten 32 Bytes. Der
einzige Vorteil, den dieser Spiegel bietet,
ist die Möglichkeit, die Auto-incre-
ment-Funktion für den internen

Adreßzähler des LM78 zu verwenden.
Diese Funktion arbeitet allerdings nur
beim Zugriff über den ISA-, nicht aber
über den seriellen I

2

C-Bus.

Nach einem Reset tastet der LM78 in
einer bestimmten Reihenfolge einmal
pro Sekunde alle Meßpunkte ab. Die
Meßwerte werden gesammelt und
anschließend mit den Grenzwerten
vergleichen, die in den Watchdog- und
Limit-Registern gespeichert sind.
Wenn ein Meßwert die eingestellte
Obergrenze überschreitet, wird der
zugehörige Interrupt im Interrupt Sta-
tus Register aktiviert. Zwei Hardware-
Interrupt-Leitungen (SMI# und
NMI/IRQ#) sind vollständig mit einer
Maske für jede Interrupt-Leitung zu
programmieren. Danach kann über
das Control Register mit individuellen

Steuerbits jede Interrupt-Quelle frei-
gegeben oder gesperrt werden.

O

H N E

U

M W E G E

Das Interface zwischen LM78 und
Computersystem ist recht einfach auf-
gebaut. Der LM78 dekodiert die drei
untersten Bits des ISA-Bus. Damit lie-
gen die folgenden Basis-Adressen fest:

m Port x0

H

POST-Kode des ISA-Bus

m Port x4

H

POST-Kode des ISA-Bus

m Port x5

H

Interne Adreßregister des
LM78

m Port x6

H

Datenregister

IORD# und IOWR# sind die Stan-
dard-ISA-Bussignale für die Freigabe
des Datenverkehrs über den ISA-Bus
(IORD senden zum und IOWR lesen
vom Computer).
SYSCLK ist das gebräuchliche ISA-
Taktsignal (typisch 8,33 MHz), das vom
LM78 ausschließlich für das Timing des
ISA-Interfaces genutzt wird. Alle ande-
ren Funktionsgruppen des Chips wie
ADC oder die Zähler für die Ventila-
tor-Drehzahlen gebrauchen ein asyn-

chrones internes Taktsignal.
Eine Applikation, die das POST RAM
nutzt, sollte den LM78 im Adreßbe-
reich mit der Startadresse 80

H

dekodie-

ren. An diese Adresse müssen die
POST-Kodes geschrieben werden. In
allen anderen Fällen dagegen kann der
LM78 in einem unterschiedlichen
Adreßbereich plaziert werden.
Um mit einem LM78-Register zu kom-
munizieren, wird zunächst die Adresse
des Registers zur Portadresse x5

H

geschrieben, anschließend Daten zum
Register geschickt oder vom Register
gelesen über Port x6

H

. Während des

Schreibvorgangs geht IOWR# auf Low,
beim Lesen entsprechend IORD#.
Es ist prinzipiell möglich, daß ISA- und
serieller Bus gleichzeitig operieren, da
die Übertragung eines Bits seriell 10 µs
dauert, parallel dagegen weniger als
1 µs, ein signifikanter Unterschied. Soll-
ten dennoch Probleme auftreten, emp-
fiehlt es sich, das meistsignifikante Bit
des Registers D7 von Port x5

H

zu

beachten. Liegt es auf High, ist eine
Kommunikation über den ISA-Bus nur
zum Lesen des Ports x5

H

gestattet. Erst

wenn auf Bit Low geht, ist das Chip für
die Kommunikation über den ISA-Bus
freigegeben.

L M 7 8

I N D E R

P

R A X I S

Daß der LM78 nicht nur in der Theo-
rie, sondern auch in der Praxis relativ
einfach einzusetzen ist, zeigt die Appli-
kation in Bild 4. In dieser Schaltung
werden sieben Versorgungsspannun-
gen überwacht, drei Ventilatoren und
ein externer Temperatursensor mit I

2

C-

Schnittstelle mit der Bezeichnung
LM75. Der Gehäuse-offen-Detektor
wird von einer Fotodiode und einem
diskret aufgebauten Flipflop repräsen-
tiert. Wurde das Computergehäuse
geöffnet, merkt sich der LM78 diese
Tatsache dank Batterie-Backup, bis der
LM78 das Flipflop wieder in Grundpo-
sition zurücksetzt.
Der LM78 kann über den I

2

C-Bus mit

dem system management serial bus des
PCs verbunden werden. Außerdem ist
es möglich, die Versorgungsspannung
einer Schaltung über einen MOSFET
ein- und auszuschalten. Die Stromauf-
nahme des LM78 beträgt 1 mA, im
Stand-by-Modus nur 10 µA.

(980009)rg

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Bild 4. Eine praktische
Anwendung des LM78
zur Überwachung von
drei Ventilatoren,
einem externen Tempe-
ratursensor LM75,
einem Gehäuse-offen-
Detektor und sieben
Versorgungsspannun-
gen eines PCs.

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