第11講軟驅(qū)磁盤驅(qū)動(dòng)器分析

軟驅(qū)《工程訓(xùn)練》之一1第十一講軟驅(qū)分析

引言軟驅(qū)曾是個(gè)人計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，用于讀寫軟盤數(shù)據(jù)。它是一個(gè)精密的機(jī)電系統(tǒng)，為了解決軟盤數(shù)據(jù)的讀寫，需要控制磁頭徑向運(yùn)動(dòng)以及軟盤轉(zhuǎn)動(dòng)，并檢測(cè)相關(guān)的信息。當(dāng)然，還包括軟盤的進(jìn)出機(jī)構(gòu)。本訓(xùn)練的目的就是通過拆裝軟驅(qū)，觀察軟驅(qū)的結(jié)構(gòu)以及工作原理。不過，現(xiàn)在的個(gè)人計(jì)算機(jī)已經(jīng)基本不在配置軟驅(qū)，取而代之的是更加輕便、存儲(chǔ)容量更大、壽命更長(zhǎng)的U盤。2第十一講軟驅(qū)分析

本講內(nèi)容（2課時(shí)）軟驅(qū)的結(jié)構(gòu)及原理軟盤的結(jié)構(gòu)磁頭系統(tǒng)主軸系統(tǒng)磁頭系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)協(xié)同工作磁盤進(jìn)出機(jī)構(gòu)軟驅(qū)主板盤片和盤套3§11.1軟驅(qū)結(jié)構(gòu)及原理

軟磁盤簡(jiǎn)稱軟盤，用硬磁性材料作介質(zhì)，利用材料的剩磁表示信息。3.5英寸軟盤的盤片被劃分為80個(gè)成同心圓的磁道、18個(gè)扇區(qū)，一個(gè)磁道在某一扇區(qū)內(nèi)的一段稱為扇段，每個(gè)扇段可以存儲(chǔ)512字節(jié)的數(shù)據(jù)。除18個(gè)扇段外，在扇段00和扇段17之間還設(shè)有間隙區(qū)。軟驅(qū)的作用是使磁頭找到正確的磁道和扇段，進(jìn)行寫數(shù)據(jù)和讀數(shù)據(jù)的操作。為尋找正確的磁道，要求磁頭沿盤片的徑向作直線運(yùn)動(dòng)，為尋找正確的扇段，則要求盤片作轉(zhuǎn)動(dòng)。這兩種運(yùn)動(dòng)分別由磁頭系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)完成，磁頭系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)的動(dòng)作由控制器控制，磁盤的進(jìn)入和退出則由進(jìn)出機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。4軟盤的存儲(chǔ)容量早期：5.25英寸盤1.2MB現(xiàn)在：3.5英寸盤1.44MB5.25英寸盤3.5英寸盤§11.2軟盤結(jié)構(gòu)

5磁盤用硬磁性材料作介質(zhì)，利用材料的剩磁表示信息§11.2軟盤結(jié)構(gòu)

3.5英寸軟盤結(jié)構(gòu)6寫保護(hù)撥塊盤片密度主定位凹坑次定位凹坑活門定位孔驅(qū)動(dòng)孔盤轂磁盤§11.2軟盤結(jié)構(gòu)

7磁道i扇區(qū)j扇區(qū)00扇區(qū)01磁道00磁道79扇區(qū)17GAP4GAP1盤片轉(zhuǎn)動(dòng)磁頭徑向直線運(yùn)動(dòng)§11.2軟盤結(jié)構(gòu)

8§11.2軟盤結(jié)構(gòu)

格式化(format)：新軟盤格式化后才可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。所謂“格式化”就是在軟盤上按一定標(biāo)準(zhǔn)劃分出所謂“磁道”和“扇區(qū)”。通常，3.5英寸軟盤格式化為80磁道（同心圓）、18扇區(qū)。一個(gè)磁道在某一扇區(qū)內(nèi)的一段稱為扇段，每個(gè)扇段可以存儲(chǔ)512字節(jié)(Byte)的數(shù)據(jù)。除18個(gè)扇段外，在扇段00和扇段17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(shí)，也會(huì)以這些磁道扇區(qū)為基準(zhǔn)進(jìn)行檢索。軟盤格式化后，盤上所有數(shù)據(jù)將被全部清除。9磁盤旋轉(zhuǎn)，形成相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)磁頭的電磁感應(yīng)線圈鐵磁薄膜介質(zhì)，磁化方向表示0、1磁盤§11.2軟盤結(jié)構(gòu)

10§11.3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(jìn)電機(jī)、00號(hào)磁道檢測(cè)傳感器。導(dǎo)軸和絲杠以主板為參照基準(zhǔn)，共同決定了磁頭的直線運(yùn)動(dòng)軌跡。絲杠由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)。11§11.3磁頭系統(tǒng)

磁頭小車：有上、下兩個(gè)磁頭，上、下磁頭的通過扁平線束與控制電路連接。小車的一側(cè)有滑孔，導(dǎo)軸穿過滑孔后固定在主板上。小車的另一側(cè)有簡(jiǎn)化為一根鋼針的螺母，與絲杠共同構(gòu)成絲杠-螺母副。滑孔、導(dǎo)軸和絲杠-螺母都具有很高的加工精度和光潔度。磁頭小車的運(yùn)動(dòng)：絲杠和導(dǎo)軸構(gòu)成一個(gè)平面，保證小車的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。絲杠由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)在控制器發(fā)出的步進(jìn)脈沖和方向信號(hào)控制下轉(zhuǎn)過預(yù)定的角位移，通過絲杠-螺母副轉(zhuǎn)換為磁頭小車的直線運(yùn)動(dòng)，使磁頭找到預(yù)定的磁道。當(dāng)磁頭移動(dòng)到位于最外圈的00號(hào)磁道時(shí)，小車上的檔片就會(huì)遮擋光電對(duì)管的光路，這個(gè)光電對(duì)管作為00磁道傳感器，立即向控制器發(fā)出信號(hào)，表示磁頭已到00號(hào)磁道。12§11.4主軸系統(tǒng)

直流無刷電機(jī)主軸帶動(dòng)盤片轉(zhuǎn)動(dòng)，其核心主軸電機(jī)是一個(gè)外形扁平的直流無刷電機(jī)。讀寫操作中，盤片以恒速300r/min±1.5%作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也有的軟驅(qū)轉(zhuǎn)速是600r/min。13§11.4主軸系統(tǒng)

直流無刷電機(jī)14§11.4主軸系統(tǒng)

直流無刷電機(jī)霍爾器件作轉(zhuǎn)子位置傳感器，用表面裝貼工藝直接貼焊在定子印制板上，三個(gè)霍爾器件成120°排布。永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，處在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)中的霍爾器件輸出的霍爾電勢(shì)幅度隨轉(zhuǎn)子位置而變化，三個(gè)霍爾器件的輸出電勢(shì)成120°電角度。15§11.5磁頭系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)協(xié)同工作

磁道格式：每一個(gè)扇段內(nèi)，分為ID標(biāo)記段和數(shù)據(jù)區(qū)兩部分。ID標(biāo)記段以同步信號(hào)SYNC起始，以間隙GAP2結(jié)束。數(shù)據(jù)區(qū)也以同步信號(hào)SYNC起始，以間隙GAP3結(jié)束。讀寫操作扇段定位：同步信號(hào)確保了寫在任何一個(gè)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(duì)準(zhǔn)磁道定位：尋找磁道的操作由控制器根據(jù)來自主機(jī)的命令和目標(biāo)磁道號(hào)，將當(dāng)前磁道號(hào)與目標(biāo)磁道號(hào)比較，從而決定磁頭的移動(dòng)方向和位移量?？刂破鳎航忉寔碜訡PU的命令，檢測(cè)驅(qū)動(dòng)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(hào)。16§11.5磁頭系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)協(xié)同工作

軟驅(qū)控制電路框圖17§11.5磁頭系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)協(xié)同工作

工作狀態(tài)檢測(cè)1)00磁道傳感器：一個(gè)紅外發(fā)射-接收對(duì)管，當(dāng)磁頭移動(dòng)到00號(hào)磁道，也就是最外面的磁道時(shí)，磁頭小車上的擋板遮斷光電對(duì)管的光路，輸出到達(dá)00號(hào)磁道的信號(hào)。2)寫保護(hù)傳感器：一個(gè)微動(dòng)開關(guān)，如果盤套上的撥塊被撥到寫保護(hù)位置，此微動(dòng)開關(guān)不被壓下。3)磁盤到位傳感器：一個(gè)微動(dòng)開關(guān)，每當(dāng)盤片被推到底時(shí)，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(hào)。4)磁盤密度傳感器：一個(gè)微動(dòng)開關(guān)，高密度磁盤的盤套上有一個(gè)方孔，磁盤到位時(shí)不會(huì)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(shí)此開關(guān)被壓下，由此區(qū)分盤片的密度。18§11.6磁盤進(jìn)出機(jī)構(gòu)

磁盤進(jìn)出機(jī)構(gòu)關(guān)鍵是上下夾板及活門撥桿及下夾板止彈器。19§11.7軟驅(qū)主板

作用：系統(tǒng)的裝配模塊，為所有的靜態(tài)零部件和動(dòng)態(tài)機(jī)構(gòu)提供了定位基準(zhǔn)和運(yùn)動(dòng)參照。構(gòu)成：1)控制電路印制板；檢測(cè)寫保護(hù)、盤密度和盤片到位位傳感器；00號(hào)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(gè)軸的加工精度和裝配平行度直接影響磁頭的運(yùn)動(dòng)精度；主軸電機(jī)也固定在軟驅(qū)主板上，它的軸心定位精度對(duì)讀寫操作有最為重要的作用。3)上、下夾板，盤套活門撥桿底轉(zhuǎn)動(dòng)軸和復(fù)位彈簧也固定在主板底面上。4)盤片的主、次兩個(gè)水平驅(qū)動(dòng)銷5)上下蓋、前面板20思考題

1.采用何種傳感器檢測(cè)以下物理量？角位移：直線位移：00磁道：2.磁盤寫保護(hù)、磁盤密度如何檢測(cè)？3.主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速300r/min±1.5％，如何保證誤差不累積？4.磁頭和主軸分別用什么電機(jī)驅(qū)動(dòng)？5.怎樣保證盤片不會(huì)放反？6.如何保證磁盤不被彈射出來？7.磁盤怎樣與主軸同心、同步？8.怎樣保證磁頭小車直線運(yùn)動(dòng)？211.采用何種傳感器檢測(cè)以下物理量？角位移：直線位移：00磁道：2.磁盤寫保護(hù)、磁盤密度如何檢測(cè)？

3.主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速300r/min±1.5％，如何保證誤差不累積？

4.磁頭和主軸分別用什么電機(jī)驅(qū)動(dòng)？

霍爾傳感器對(duì)步進(jìn)電機(jī)的脈沖計(jì)數(shù)光電對(duì)管微動(dòng)開關(guān)每轉(zhuǎn)一圈輸出一個(gè)索引脈沖，轉(zhuǎn)速300r/min時(shí)，索引脈沖周期為200ms，脈寬4ms。步進(jìn)電機(jī)、直流無刷電機(jī)思考題

225.怎樣保證盤片不會(huì)放反？6.如何保證磁盤不被彈射出來？

7.磁盤怎樣與主軸同心、同步？8.怎樣保證磁頭小車直線運(yùn)動(dòng)？

軟盤上的斜角和軟驅(qū)中的阻尼彈簧共同作用阻尼彈簧的阻力軟盤上定位孔與主軸電機(jī)軸心的對(duì)準(zhǔn)，軟盤上的驅(qū)動(dòng)孔于主軸電機(jī)上的柔性驅(qū)動(dòng)銷對(duì)準(zhǔn)磁頭小車上的導(dǎo)軸與絲杠安裝在同一平面上，共同決定下車的直線運(yùn)動(dòng)思考題

23本講小結(jié)

軟驅(qū)的作用是使磁頭找到正確的磁道和扇段，進(jìn)行寫數(shù)據(jù)和讀數(shù)據(jù)的操作。為尋找正確的磁道，要求磁頭沿盤片的徑向作直線運(yùn)動(dòng)，為尋找正