軟磁盤驅(qū)動器分析

1、軟磁盤驅(qū)動器分析軟磁盤驅(qū)動器分析1.1.了解典型機電一體化產(chǎn)品的設(shè)了解典型機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計思想，形成對機電一體化設(shè)計計思想，形成對機電一體化設(shè)計的基本認(rèn)識的基本認(rèn)識2.2.培養(yǎng)初步分析機電產(chǎn)品的能力培養(yǎng)初步分析機電產(chǎn)品的能力訓(xùn)練目的訓(xùn)練目的11.1 11.1 軟盤的結(jié)構(gòu)和原理軟盤的結(jié)構(gòu)和原理軟盤的存儲容量軟盤的存儲容量早期：早期：5.25英寸英寸 盤盤 1.2MB現(xiàn)在：現(xiàn)在：3.5英寸英寸 盤盤 1.44MB5.25英寸盤英寸盤3.5英寸盤英寸盤 11.1 11.1 軟盤的結(jié)構(gòu)和原理軟盤的結(jié)構(gòu)和原理3.5英寸盤結(jié)構(gòu)圖英寸盤結(jié)構(gòu)圖磁盤磁盤用硬磁性材料作用硬磁性材料作介質(zhì)，利用材料的剩介質(zhì)，利

2、用材料的剩磁表示信息磁表示信息 11.1 11.1 軟盤的結(jié)構(gòu)和原理軟盤的結(jié)構(gòu)和原理寫保護撥塊寫保護撥塊盤片盤片密度密度主定位凹坑主定位凹坑次定位次定位凹坑凹坑活門活門定位孔定位孔驅(qū)動孔驅(qū)動孔盤轂盤轂磁盤磁盤 11.1 11.1 軟盤的結(jié)構(gòu)和原理軟盤的結(jié)構(gòu)和原理格式化格式化(format)：新軟盤格式化后才可以存儲數(shù)據(jù)。：新軟盤格式化后才可以存儲數(shù)據(jù)。所謂所謂“格式化格式化”就是在軟盤上按一定標(biāo)準(zhǔn)劃分出所謂就是在軟盤上按一定標(biāo)準(zhǔn)劃分出所謂“磁道磁道”和和“扇區(qū)扇區(qū)”。通常，通常，3.5英寸軟盤格式化為英寸軟盤格式化為80磁道磁道（同心圓）、（同心圓）、18扇區(qū)扇區(qū)。一個磁道在某一扇區(qū)內(nèi)的一段稱

3、為。一個磁道在某一扇區(qū)內(nèi)的一段稱為扇段扇段，每個，每個扇段可以存儲扇段可以存儲512字節(jié)字節(jié)(Byte)的數(shù)據(jù)。除的數(shù)據(jù)。除18個扇段外，個扇段外，在扇段在扇段00和扇段和扇段17之間還設(shè)有間隙區(qū)。數(shù)據(jù)被存放在之間還設(shè)有間隙區(qū)。數(shù)據(jù)被存放在這些磁道扇區(qū)上，在讀取數(shù)據(jù)時，也會以這些磁道扇這些磁道扇區(qū)上，在讀取數(shù)據(jù)時，也會以這些磁道扇區(qū)為基準(zhǔn)進行檢索。區(qū)為基準(zhǔn)進行檢索。軟盤格式化后，盤上所有數(shù)據(jù)將被全部清除。軟盤格式化后，盤上所有數(shù)據(jù)將被全部清除。512 18 80 214745601474560 10241440/BKB 磁道磁道i扇區(qū)扇區(qū)j 11.1 11.1 軟盤的結(jié)構(gòu)和原理軟盤的結(jié)構(gòu)和原理

4、扇區(qū)扇區(qū)00扇區(qū)扇區(qū)01磁道磁道00磁道磁道79扇區(qū)扇區(qū)17GAP4GAP1盤片盤片轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動磁頭徑向磁頭徑向直線運動直線運動磁盤旋轉(zhuǎn)，磁盤旋轉(zhuǎn)，形成相對高形成相對高速運動速運動磁頭的電磁磁頭的電磁感應(yīng)線圈感應(yīng)線圈鐵磁薄膜介質(zhì)，鐵磁薄膜介質(zhì)，磁化方向表示磁化方向表示0、1 11.1 11.1 軟盤的結(jié)構(gòu)和原理軟盤的結(jié)構(gòu)和原理磁盤磁盤磁頭系統(tǒng)：磁頭系統(tǒng)：磁頭小車、導(dǎo)軸、絲杠螺母副和步進磁頭小車、導(dǎo)軸、絲杠螺母副和步進電機、電機、00號磁道檢測傳感器。號磁道檢測傳感器。導(dǎo)軸和絲杠以主板為參照基準(zhǔn)，共同決定了磁頭導(dǎo)軸和絲杠以主板為參照基準(zhǔn)，共同決定了磁頭的直線運動軌跡。絲杠由步進電機帶動。的直線運動軌

5、跡。絲杠由步進電機帶動。 11.2 11.2 磁頭系統(tǒng)磁頭系統(tǒng) 11.2 11.2 磁頭系統(tǒng)磁頭系統(tǒng)磁頭小車：磁頭小車：有上、下兩個磁頭，上、下磁頭的通過扁平線束與控制電有上、下兩個磁頭，上、下磁頭的通過扁平線束與控制電路連接。路連接。小車的一側(cè)有滑孔，導(dǎo)軸穿過滑孔后固定在主板上。小車小車的一側(cè)有滑孔，導(dǎo)軸穿過滑孔后固定在主板上。小車的另一側(cè)有簡化為一根鋼針的螺母，與絲杠共同構(gòu)成絲杠的另一側(cè)有簡化為一根鋼針的螺母，與絲杠共同構(gòu)成絲杠-螺螺母副。母副?；?、導(dǎo)軸和絲杠滑孔、導(dǎo)軸和絲杠-螺母都具有很高的加工精度和光潔度。螺母都具有很高的加工精度和光潔度。磁頭小車的運動：磁頭小車的運動：絲杠和導(dǎo)軸構(gòu)

6、成一個平面，保證小車的平穩(wěn)運動。絲杠和導(dǎo)軸構(gòu)成一個平面，保證小車的平穩(wěn)運動。絲杠由步進電機帶動，步進電機在控制器發(fā)出的步進脈沖絲杠由步進電機帶動，步進電機在控制器發(fā)出的步進脈沖和方向信號控制下轉(zhuǎn)過預(yù)定的角位移，通過絲杠和方向信號控制下轉(zhuǎn)過預(yù)定的角位移，通過絲杠-螺母副轉(zhuǎn)換螺母副轉(zhuǎn)換為磁頭小車的直線運動，使磁頭找到預(yù)定的磁道。為磁頭小車的直線運動，使磁頭找到預(yù)定的磁道。當(dāng)磁頭移動到位于最外圈的當(dāng)磁頭移動到位于最外圈的00號磁道時，小車上的檔片就號磁道時，小車上的檔片就會遮擋光電對管的光路，這個光電對管作為會遮擋光電對管的光路，這個光電對管作為00磁道傳感器，磁道傳感器，立即向控制器發(fā)出信號，表示

7、磁頭已到立即向控制器發(fā)出信號，表示磁頭已到00號磁道。號磁道。 11.3 11.3 主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)主軸帶動盤片轉(zhuǎn)動，主軸帶動盤片轉(zhuǎn)動，其核心主軸電機是一個外形扁其核心主軸電機是一個外形扁平的平的直流無刷電機直流無刷電機。讀寫操作中，盤片以恒速讀寫操作中，盤片以恒速300r/min1.5%作旋轉(zhuǎn)作旋轉(zhuǎn)運動，也有的軟驅(qū)轉(zhuǎn)速是運動，也有的軟驅(qū)轉(zhuǎn)速是600r/min。直流無刷電機直流無刷電機：定子繞組定子繞組層疊硅鋼片層疊硅鋼片定子鐵芯定子鐵芯霍爾轉(zhuǎn)子位霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器置傳感器引線引線永磁轉(zhuǎn)子永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子外殼轉(zhuǎn)子外殼漏磁窗口漏磁窗口索引傳感器索引傳感器定子電路板定子電路板柔性驅(qū)動銷柔性驅(qū)動銷 11

8、.3 11.3 主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)AIt 0 120 240 360BIt 0 120 240 360CIt 0 120 240 360S 永磁轉(zhuǎn)子永磁轉(zhuǎn)子 NHAHCHBVVVAABBCCCEBEAE(a)三相定子繞組的電流時序三相定子繞組的電流時序(b)基本原理基本原理 11.3 11.3 主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)子位置傳感器：轉(zhuǎn)子位置傳感器：霍爾器件霍爾器件為了使轉(zhuǎn)子角位移滿為了使轉(zhuǎn)子角位移滿360時重新從時重新從0記起，在永磁轉(zhuǎn)記起，在永磁轉(zhuǎn)子外殼的邊緣開了一個漏磁窗口，在轉(zhuǎn)子外殼附近的定子子外殼的邊緣開了一個漏磁窗口，在轉(zhuǎn)子外殼附近的定子印制板上，安裝了一個霍爾器件或者一個電感線圈，作為印制

9、板上，安裝了一個霍爾器件或者一個電感線圈，作為索引傳感器索引傳感器。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，窗口的漏磁使傳感器產(chǎn)生一。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，窗口的漏磁使傳感器產(chǎn)生一個個索引脈沖索引脈沖。兩個索引脈沖之間，轉(zhuǎn)子運動了。兩個索引脈沖之間，轉(zhuǎn)子運動了360的角的角位移。位移。以恒速以恒速300r/min旋轉(zhuǎn)時，索引脈沖周期為旋轉(zhuǎn)時，索引脈沖周期為200ms，脈寬，脈寬4ms。索引脈沖除用于劃分磁道的起始和終止點外，還被利用索引脈沖除用于劃分磁道的起始和終止點外，還被利用來作轉(zhuǎn)速控制?？梢杂妙l壓轉(zhuǎn)換，也可以用鎖相技術(shù)進行來作轉(zhuǎn)速控制?？梢杂妙l壓轉(zhuǎn)換，也可以用鎖相技術(shù)進行控制。與普通直流電機一樣，可以用控制。與普通直流電

10、機一樣，可以用PWM控制電樞電流控制電樞電流實現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制。實現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制。 11.4 11.4 磁盤進出機構(gòu)磁盤進出機構(gòu)上上夾夾板板下夾板下夾板盤盤套套磁盤彈出按鍵磁盤彈出按鍵(將下夾板推進將下夾板推進)主板主板下夾板下夾板復(fù)位彈簧復(fù)位彈簧上磁頭上磁頭下磁頭下磁頭磁性磁性托盤托盤柔性柔性驅(qū)動銷驅(qū)動銷盤套次水平盤套次水平定位銷和下定位銷和下夾板導(dǎo)槽夾板導(dǎo)槽 11.5 11.5 主板主板作用：系統(tǒng)的裝配模塊，為所有的靜態(tài)零部件和動態(tài)作用：系統(tǒng)的裝配模塊，為所有的靜態(tài)零部件和動態(tài)機構(gòu)提供了定位基準(zhǔn)和運動參照。機構(gòu)提供了定位基準(zhǔn)和運動參照。構(gòu)成：構(gòu)成：1)控制電路印制板；檢測寫保護、盤密度和盤片到位位控

11、制電路印制板；檢測寫保護、盤密度和盤片到位位傳感器；傳感器；00號磁道傳感器。號磁道傳感器。2)磁頭系統(tǒng)的導(dǎo)軸和絲杠固定在主板上，兩個軸的加工磁頭系統(tǒng)的導(dǎo)軸和絲杠固定在主板上，兩個軸的加工精度和裝配平行度直接影響磁頭的運動精度；主軸電機精度和裝配平行度直接影響磁頭的運動精度；主軸電機也固定在軟驅(qū)主板上，它的軸心定位精度對讀寫操作有也固定在軟驅(qū)主板上，它的軸心定位精度對讀寫操作有最為重要的作用。最為重要的作用。3)上、下夾板，盤套活門撥桿底轉(zhuǎn)動軸和復(fù)位彈簧也固上、下夾板，盤套活門撥桿底轉(zhuǎn)動軸和復(fù)位彈簧也固定在主板底面上。定在主板底面上。4)盤片的主、次兩個水平驅(qū)動銷盤片的主、次兩個水平驅(qū)動銷5)

12、上下蓋、前面板上下蓋、前面板軟驅(qū)主板是鋁鎂合金精密鑄造件，也有用鋼板精密沖軟驅(qū)主板是鋁鎂合金精密鑄造件，也有用鋼板精密沖壓件的，鋼板的厚度應(yīng)能保證足夠的剛性。壓件的，鋼板的厚度應(yīng)能保證足夠的剛性。 11.6 11.6 磁頭與主板協(xié)同工作磁頭與主板協(xié)同工作磁道格式：磁道格式：每一個扇段內(nèi)，分為每一個扇段內(nèi)，分為ID標(biāo)記段和數(shù)據(jù)區(qū)兩部分。標(biāo)記段和數(shù)據(jù)區(qū)兩部分。ID標(biāo)記段以同步信號標(biāo)記段以同步信號SYNC起始，以間隙起始，以間隙GAP2結(jié)結(jié)束。數(shù)據(jù)區(qū)也以同步信號束。數(shù)據(jù)區(qū)也以同步信號SYNC起始，以間隙起始，以間隙GAP3結(jié)束。結(jié)束。 讀寫操作讀寫操作扇段定位：扇段定位：同步信號確保了寫在任何一個扇

13、段里的標(biāo)志、同步信號確保了寫在任何一個扇段里的標(biāo)志、地址和數(shù)據(jù)總能在讀操作中被磁頭正確地對準(zhǔn)地址和數(shù)據(jù)總能在讀操作中被磁頭正確地對準(zhǔn) 磁道定位：磁道定位：尋找磁道的操作由控制器根據(jù)來自主機的命尋找磁道的操作由控制器根據(jù)來自主機的命令和目標(biāo)磁道號，將當(dāng)前磁道號與目標(biāo)磁道號比較，從令和目標(biāo)磁道號，將當(dāng)前磁道號與目標(biāo)磁道號比較，從而決定磁頭的移動方向和位移量。而決定磁頭的移動方向和位移量?？刂破鳎嚎刂破鳎航忉寔碜越忉寔碜訡PU的命令，檢測驅(qū)動器的工作狀的命令，檢測驅(qū)動器的工作狀態(tài)，向磁頭系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)發(fā)出各種控制信號態(tài)，向磁頭系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)發(fā)出各種控制信號 。 11.6 11.6 磁頭與主板協(xié)同工作

14、磁頭與主板協(xié)同工作工作狀態(tài)檢測工作狀態(tài)檢測1)00磁道傳感器：磁道傳感器：一個紅外發(fā)射一個紅外發(fā)射-接收對管，當(dāng)磁頭移動到接收對管，當(dāng)磁頭移動到00號磁道，也就是最外面的磁道時，磁頭小車上的擋板遮號磁道，也就是最外面的磁道時，磁頭小車上的擋板遮斷光電對管的光路，輸出到達(dá)斷光電對管的光路，輸出到達(dá)00號磁道的信號。號磁道的信號。2)寫保護傳感器：寫保護傳感器：一個微動開關(guān)，如果盤套上的撥塊被撥一個微動開關(guān)，如果盤套上的撥塊被撥到寫保護位置，此微動開關(guān)不被壓下。到寫保護位置，此微動開關(guān)不被壓下。3)磁盤到位傳感器：磁盤到位傳感器：一個微動開關(guān)，每當(dāng)盤片被推到底時，一個微動開關(guān)，每當(dāng)盤片被推到底時，

15、上夾板下降，此開關(guān)就被盤套壓下，發(fā)出盤片已到位的信上夾板下降，此開關(guān)就被盤套壓下，發(fā)出盤片已到位的信號。號。4)磁盤密度傳感器：磁盤密度傳感器：一個微動開關(guān)，高密度磁盤的盤套上一個微動開關(guān)，高密度磁盤的盤套上有一個方孔，磁盤到位時不會壓下此開關(guān)，而低密度磁盤有一個方孔，磁盤到位時不會壓下此開關(guān)，而低密度磁盤的盤套上沒有方孔，磁盤到位時此開關(guān)被壓下，由此區(qū)分的盤套上沒有方孔，磁盤到位時此開關(guān)被壓下，由此區(qū)分盤片的密度。盤片的密度。1.采用何種傳感器檢測以下物理量？采用何種傳感器檢測以下物理量？ 角位移：角位移： 直線位移：直線位移： 00磁道：磁道：2.磁盤寫保護、磁盤密度如何檢測？磁盤寫保護、

16、磁盤密度如何檢測？ 3.主軸電機轉(zhuǎn)速主軸電機轉(zhuǎn)速300r/min1.51.5，如何保證誤差，如何保證誤差不累積？不累積？ 4.4.磁頭和主軸分別用什么電機驅(qū)動？磁頭和主軸分別用什么電機驅(qū)動？ 11.7 11.7 思考題思考題霍爾傳感器霍爾傳感器對步進電機的脈沖計數(shù)對步進電機的脈沖計數(shù)光電對管光電對管微動開關(guān)微動開關(guān)每轉(zhuǎn)一圈輸出一個索引脈沖，轉(zhuǎn)速每轉(zhuǎn)一圈輸出一個索引脈沖，轉(zhuǎn)速300r/min時，索引時，索引脈沖周期為脈沖周期為200ms，脈寬，脈寬4ms。步進電機、直流無刷電機步進電機、直流無刷電機1.怎樣保證盤片不會放反？怎樣保證盤片不會放反？2.如何保證磁盤不被彈射出來？如何保證磁盤不被彈射出來？ 3.磁盤怎樣與主軸同