軟驅磁盤驅動器分析

1、軟驅磁盤驅動器分析軟驅磁盤驅動器分析工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-2第十一講第十一講 軟驅分析軟驅分析引言引言軟驅曾是個人計算機的標準配置，用于讀寫軟軟驅曾是個人計算機的標準配置，用于讀寫軟盤數(shù)據(jù)。盤數(shù)據(jù)。它是一個精密的機電系統(tǒng)，為了解決軟盤數(shù)據(jù)它是一個精密的機電系統(tǒng)，為了解決軟盤數(shù)據(jù)的讀寫，需要控制磁頭徑向運動以及軟盤轉動，的讀寫，需要控制磁頭徑向運動以及軟盤轉動，并檢測相關的信息。當然，還包括軟盤的進出并檢測相關的信息。當然，還包括軟盤的進出機構。機構。本訓練的目的就是通過拆裝軟驅，觀察軟驅的本訓練的目的就是通過拆裝軟驅，觀察軟驅的結構以及工作原理。結構以及工作原理。不過，現(xiàn)在的個人計

2、算機已經(jīng)基本不在配置軟不過，現(xiàn)在的個人計算機已經(jīng)基本不在配置軟驅，取而代之的是更加輕便、存儲容量更大、驅，取而代之的是更加輕便、存儲容量更大、壽命更長的壽命更長的U盤。盤。工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-3第十一講第十一講 軟驅分析軟驅分析本講內容（本講內容（2課時）課時）軟驅的結構及原理軟驅的結構及原理軟盤的結構軟盤的結構磁頭系統(tǒng)磁頭系統(tǒng)主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)磁頭系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)協(xié)同工作磁頭系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)協(xié)同工作磁盤進出機構磁盤進出機構軟驅主板軟驅主板盤片和盤套盤片和盤套工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-411.1 軟驅結構及原理軟驅結構及原理軟磁盤簡稱軟盤，用硬磁性材料作介質，利用軟磁盤簡稱軟盤

3、，用硬磁性材料作介質，利用材料的剩磁表示信息。材料的剩磁表示信息。3.5英寸軟盤的盤片被劃英寸軟盤的盤片被劃分為分為80個成同心圓的磁道、個成同心圓的磁道、18個扇區(qū)，一個磁個扇區(qū)，一個磁道在某一扇區(qū)內的一段稱為扇段，每個扇段可道在某一扇區(qū)內的一段稱為扇段，每個扇段可以存儲以存儲512字節(jié)的數(shù)據(jù)。除字節(jié)的數(shù)據(jù)。除18個扇段外，在扇段個扇段外，在扇段00和扇段和扇段17之間還設有間隙區(qū)。之間還設有間隙區(qū)。軟驅的作用是使磁頭找到正確的磁道和扇段，軟驅的作用是使磁頭找到正確的磁道和扇段，進行寫數(shù)據(jù)和讀數(shù)據(jù)的操作。為尋找正確的磁進行寫數(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動

4、，為尋道，要求磁頭沿盤片的徑向作直線運動，為尋找正確的扇段，則要求盤片作轉動。這兩種運找正確的扇段，則要求盤片作轉動。這兩種運動分別由磁頭系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)完成，磁頭系統(tǒng)動分別由磁頭系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)完成，磁頭系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)的動作由控制器控制，磁盤的進入和主軸系統(tǒng)的動作由控制器控制，磁盤的進入和退出則由進出機構實現(xiàn)。和退出則由進出機構實現(xiàn)。工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-5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11.2 軟盤結構軟盤結構工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-6磁盤用硬磁

5、性材料作磁盤用硬磁性材料作介質，利用材料的剩介質，利用材料的剩磁表示信息磁表示信息 11.2 軟盤結構軟盤結構3.53.5英寸軟盤結構英寸軟盤結構工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-7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動孔驅動孔盤轂盤轂磁盤磁盤11.2 軟盤結構軟盤結構工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-8磁道磁道i扇區(qū)扇區(qū)j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盤片盤片轉動轉動磁頭徑向磁頭徑向直線運動直線運動11.2 軟盤結構軟盤結構工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-9512 18 802147

6、45601474560 10241440/BKB 11.2 軟盤結構軟盤結構格式化格式化(format)：新軟盤格式化后才可以存儲數(shù)：新軟盤格式化后才可以存儲數(shù)據(jù)。所謂據(jù)。所謂“格式化格式化”就是在軟盤上按一定標準就是在軟盤上按一定標準劃分出所謂劃分出所謂“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（同心圓）、磁道（同心圓）、18扇區(qū)。一個磁道在某一扇區(qū)內的一段稱為扇扇區(qū)。一個磁道在某一扇區(qū)內的一段稱為扇段，每個扇段可以存儲段，每個扇段可以存儲512字節(jié)字節(jié)(Byte)的數(shù)據(jù)。的數(shù)據(jù)。除除18個扇段外，在扇段個扇段外，在扇段00和扇段和扇段17之間還

7、設有之間還設有間隙區(qū)。數(shù)據(jù)被存放在這些磁道扇區(qū)上，在讀間隙區(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，也會以這些磁道扇區(qū)為基準進行檢取數(shù)據(jù)時，也會以這些磁道扇區(qū)為基準進行檢索。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。工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-10磁盤旋轉，磁盤旋轉，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線圈感應線圈鐵磁薄膜介質，鐵磁薄膜介質，磁化方向表示磁化方向表示0、1磁盤磁盤11.2 軟盤結構軟盤結構工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-1111.3 磁頭系統(tǒng)磁頭系統(tǒng) 磁頭系統(tǒng)：磁頭小車、導軸、絲杠螺母副和步進電機、磁頭系

8、統(tǒng)：磁頭小車、導軸、絲杠螺母副和步進電機、00號磁道檢號磁道檢測傳感器。測傳感器。 導軸和絲杠以主板為參照基準，共同決定了磁頭的直線運動軌跡。導軸和絲杠以主板為參照基準，共同決定了磁頭的直線運動軌跡。絲杠由步進電機帶動。絲杠由步進電機帶動。工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-1211.3 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路連有上、下兩個磁頭，上、下磁頭的通過扁平線束與控制電路連接。接。 小車的一側有滑孔，導軸穿過滑孔后固定在主板上。小車的另小車的一側有滑孔，導軸穿過滑孔后固定在主板上。小車的另一側有簡化為一根鋼針的螺母，與絲杠共同構成絲杠

9、一側有簡化為一根鋼針的螺母，與絲杠共同構成絲杠-螺母副。螺母副。 滑孔、導軸和絲杠滑孔、導軸和絲杠-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： 絲杠和導軸構成一個平面，保證小車的平穩(wěn)運動。絲杠和導軸構成一個平面，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)出的步進脈沖和方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過預定的角位移，通過絲杠向信號控制下轉過預定的角位移，通過絲杠-螺母副轉換為磁頭螺母副轉換為磁頭小車的直線運動，使磁頭找到預定的磁道。小車的直線運動，使磁頭找到預定的磁道。 當磁頭移動

10、到位于最外圈的當磁頭移動到位于最外圈的00號磁道時，小車上的檔片就會遮號磁道時，小車上的檔片就會遮擋光電對管的光路，這個光電對管作為擋光電對管的光路，這個光電對管作為00磁道傳感器，立即向磁道傳感器，立即向控制器發(fā)出信號，表示磁頭已到控制器發(fā)出信號，表示磁頭已到00號磁道。號磁道。 工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-1311.4 主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)直流無刷電機直流無刷電機主軸帶動盤片轉主軸帶動盤片轉動，動，其核心主軸其核心主軸電機是一個外形電機是一個外形扁平的直流無刷扁平的直流無刷電機。電機。讀寫操作中，盤讀寫操作中，盤片以恒速片以恒速300r/min1.5%作旋轉運動，作旋轉運動，也有的軟驅轉

11、速也有的軟驅轉速是是600r/min。工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-1411.4 主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)直流無刷電機直流無刷電機工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-1511.4 主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)直流無刷電機直流無刷電機 霍爾器件作轉子位置傳感器，用表面裝貼工藝直接貼焊霍爾器件作轉子位置傳感器，用表面裝貼工藝直接貼焊在定子印制板上，三個霍爾器件成在定子印制板上，三個霍爾器件成120排布。永磁轉排布。永磁轉子轉動時，處在轉子磁場中的霍爾器件輸出的霍爾電勢子轉動時，處在轉子磁場中的霍爾器件輸出的霍爾電勢幅度隨轉子位置而變化，三個霍爾器件的輸出電勢成幅度隨轉子位置而變化，三個霍爾器件的輸出電勢成120電角

12、度。電角度。工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-1611.5 磁頭系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)協(xié)同工作磁頭系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)協(xié)同工作 磁道格式：每一個扇段內，分為磁道格式：每一個扇段內，分為ID標記段和數(shù)據(jù)區(qū)兩部標記段和數(shù)據(jù)區(qū)兩部分。分。ID標記段以同步信號標記段以同步信號SYNC起始，以間隙起始，以間隙GAP2結結束。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結結束。束。 讀寫操作讀寫操作 扇段定位：同步信號確保了寫在任何一個扇段里的標志、地址扇段定位：同步信號確保了寫在任何一個扇段里的標志、地址和數(shù)據(jù)總能在讀操作中被磁頭正確地對準和數(shù)據(jù)總能在讀操作中被磁頭正確地對準 磁道

13、定位：尋找磁道的操作由控制器根據(jù)來自主機的命令和目磁道定位：尋找磁道的操作由控制器根據(jù)來自主機的命令和目標磁道號，將當前磁道號與目標磁道號比較，從而決定磁頭的標磁道號，將當前磁道號與目標磁道號比較，從而決定磁頭的移動方向和位移量。移動方向和位移量。 控制器：解釋來自控制器：解釋來自CPU的命令，檢測驅動器的工作狀態(tài)，的命令，檢測驅動器的工作狀態(tài)，向磁頭系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)發(fā)出各種控制信號向磁頭系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)發(fā)出各種控制信號 。工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-1711.5 磁頭系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)協(xié)同工作磁頭系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)協(xié)同工作軟驅控制電路框圖軟驅控制電路框圖數(shù)據(jù)分離寫預補償磁頭控制電路寫數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)讀數(shù)

14、據(jù)時鐘與步進脈沖00磁道索引脈沖數(shù)據(jù)總線緩沖器步進電機INTR寫保護盤片到位盤片密度同步控制工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-1811.5 磁頭系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)協(xié)同工作磁頭系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)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：一個紅外發(fā)射磁道傳感器：一個紅外發(fā)射-接收對管，當磁頭移動接收對管，當磁頭移動到到00號磁道，也就是最外面的磁道時，磁頭小車上的擋號磁道，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，輸出到達板遮斷光電對管的光路，輸出到達00號磁道的信號。號磁道的信號。 2)寫保護傳感器：一個微動開關，如果盤套上的撥塊被寫保護傳感器：一個微動開關，如果盤套上的撥塊

15、被撥到寫保護位置，此微動開關不被壓下。撥到寫保護位置，此微動開關不被壓下。 3)磁盤到位傳感器：一個微動開關，每當盤片被推到底磁盤到位傳感器：一個微動開關，每當盤片被推到底時，上夾板下降，此開關就被盤套壓下，發(fā)出盤片已到時，上夾板下降，此開關就被盤套壓下，發(fā)出盤片已到位的信號。位的信號。 4)磁盤密度傳感器：一個微動開關，高密度磁盤的盤套磁盤密度傳感器：一個微動開關，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，而低密度上有一個方孔，磁盤到位時不會壓下此開關，而低密度磁盤的盤套上沒有方孔，磁盤到位時此開關被壓下，由磁盤的盤套上沒有方孔，磁盤到位時此開關被壓下，由此區(qū)分盤片的密度。此區(qū)

16、分盤片的密度。工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-1911.6 磁盤進出機構磁盤進出機構磁盤進出機構關鍵是磁盤進出機構關鍵是上下夾板及活門撥桿上下夾板及活門撥桿及下夾板止彈器。及下夾板止彈器。工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-2011.7 軟驅主板軟驅主板 作用：系統(tǒng)的裝配模塊，為作用：系統(tǒng)的裝配模塊，為所有的靜態(tài)零部件和動態(tài)機所有的靜態(tài)零部件和動態(tài)機構提供了定位基準和運動參構提供了定位基準和運動參照。照。 構成：構成：1)控制電路印制板；檢測寫?？刂齐娐酚≈瓢澹粰z測寫保護、盤密度和盤片到位位護、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)的導軸和絲杠固定磁頭系

17、統(tǒng)的導軸和絲杠固定在主板上，兩個軸的加工在主板上，兩個軸的加工精度和裝配平行度直接影精度和裝配平行度直接影響磁頭的運動精度；主軸響磁頭的運動精度；主軸電機也固定在軟驅主板上，電機也固定在軟驅主板上，它的軸心定位精度對讀寫它的軸心定位精度對讀寫操作有最為重要的作用。操作有最為重要的作用。3)上、下夾板，盤套活門撥桿上、下夾板，盤套活門撥桿底轉動軸和復位彈簧也固底轉動軸和復位彈簧也固定在主板底面上。定在主板底面上。4)盤片的主、次兩個水平驅動盤片的主、次兩個水平驅動銷銷5)上下蓋、前面板上下蓋、前面板工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-21思考題思考題1.采用何種傳感器檢測以下物理量？采用何種傳感器

18、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、磁盤密度如何檢測？3.主軸電機轉速主軸電機轉速300r/min1.5，如何保證誤，如何保證誤差不累積？差不累積？4.磁頭和主軸分別用什么電機驅動？磁頭和主軸分別用什么電機驅動？5.怎樣保證盤片不會放反？怎樣保證盤片不會放反？6.如何保證磁盤不被彈射出來？如何保證磁盤不被彈射出來？7.磁盤怎樣與主軸同心、同步？磁盤怎樣與主軸同心、同步？8.怎樣保證磁頭小車直線運動？怎樣保證磁頭小車直線運動？工程訓練軟驅磁盤驅動器分析 11-221.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、磁盤密度如何檢測？ 3.主軸電機轉速主軸電機轉速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動？磁頭和主軸分別用什么電機驅動？ 霍爾傳感器霍爾傳感器對步進電機的脈沖計數(shù)對步進