软驱磁盘驱动器分析课件

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1、XIAN JIAOTONG UNIVERSITY软驱磁盘驱动器分析课件软驱磁盘驱动器分析课件1-1软软 驱驱工程训练工程训练之一之一Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-2第十一讲第十一讲 软驱分析软驱分析引言引言软驱曾是个人计算机的标准配置，用于读写软软驱曾是个人计算机的标准配置，用于读写软盘数据。盘数据。它是一个精密的机电系统，为了解决软盘数据它是一个精密的机电系统，为了解决软盘数据的读写，需要控制磁头径向运动以及软盘转动，的读写，需要控制磁头径向运动以及软盘转动，并检测相关的信息。当然，还包括软盘的进出并检测相关的信息。当然，还包括软盘的进出机构。机

2、构。本训练的目的就是通过拆装软驱，观察软驱的本训练的目的就是通过拆装软驱，观察软驱的结构以及工作原理。结构以及工作原理。不过，现在的个人计算机已经基本不在配置软不过，现在的个人计算机已经基本不在配置软驱，取而代之的是更加轻便、存储容量更大、驱，取而代之的是更加轻便、存储容量更大、寿命更长的寿命更长的U盘。盘。Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-3第十一讲第十一讲 软驱分析软驱分析本讲内容（本讲内容（2课时）课时）软驱的结构及原理软驱的结构及原理软盘的结构软盘的结构磁头系统磁头系统主轴系统主轴系统磁头系统与主轴系统协同工作磁头系统与主轴系统协同工作磁盘进出

3、机构磁盘进出机构软驱主板软驱主板盘片和盘套盘片和盘套Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-411.1 软驱结构及原理软驱结构及原理软磁盘简称软盘，用硬磁性材料作介质，利用软磁盘简称软盘，用硬磁性材料作介质，利用材料的剩磁表示信息。材料的剩磁表示信息。3.5英寸软盘的盘片被划英寸软盘的盘片被划分为分为80个成同心圆的磁道、个成同心圆的磁道、18个扇区，一个磁个扇区，一个磁道在某一扇区内的一段称为扇段，每个扇段可道在某一扇区内的一段称为扇段，每个扇段可以存储以存储512字节的数据。除字节的数据。除18个扇段外，在扇段个扇段外，在扇段00和扇段和扇段17之间还设

4、有间隙区。之间还设有间隙区。软驱的作用是使磁头找到正确的软驱的作用是使磁头找到正确的磁道和扇段磁道和扇段，进行写数据和读数据的操作。为寻找正确的磁进行写数据和读数据的操作。为寻找正确的磁道，要求磁头沿盘片的道，要求磁头沿盘片的径向作直线运动径向作直线运动，为寻，为寻找正确的扇段，则要求找正确的扇段，则要求盘片作转动盘片作转动。这两种运。这两种运动分别由动分别由磁头系统磁头系统和和主轴系统主轴系统完成，磁头系统完成，磁头系统和主轴系统的动作由控制器控制，磁盘的进入和主轴系统的动作由控制器控制，磁盘的进入和退出则由和退出则由进出机构进出机构实现。实现。Industry Training Cente

5、r软驱磁盘驱动器分析课件11-5软盘的存储容量软盘的存储容量早期：早期：5.25英寸英寸 盘盘 1.2MB现在：现在：3.5英寸英寸 盘盘 1.44MB5.25英寸盘英寸盘3.5英寸盘英寸盘11.2 软盘结构软盘结构Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-6磁盘磁盘用硬磁性材料作用硬磁性材料作介质，利用材料的剩介质，利用材料的剩磁表示信息磁表示信息 11.2 软盘结构软盘结构3.53.5英寸软盘结构英寸软盘结构Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-7写保护拨块写保护拨块盘片盘片密度密度主定位凹坑主定位凹坑次定位次定位凹坑

6、凹坑活门活门定位孔定位孔驱动孔驱动孔盘毂盘毂磁盘磁盘11.2 软盘结构软盘结构Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-8磁道磁道i扇区扇区j扇区扇区00扇区扇区01磁道磁道00磁道磁道79扇区扇区17GAP4GAP1盘片盘片转动转动磁头径向磁头径向直线运动直线运动11.2 软盘结构软盘结构Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-9512 18 80214745601474560 10241440/BKB 11.2 软盘结构软盘结构格式化格式化(format)：新软盘格式化后才可以存储数：新软盘格式化后才可以存储数据。所谓据

7、。所谓“格式化格式化”就是在软盘上按一定标准就是在软盘上按一定标准划分出所谓划分出所谓“磁道磁道”和和“扇区扇区”。通常，通常，3.5英寸软盘格式化为英寸软盘格式化为80磁道磁道（同心圆）、（同心圆）、18扇区扇区。一个磁道在某一扇区内的一段称为。一个磁道在某一扇区内的一段称为扇扇段段，每个扇段可以存储，每个扇段可以存储512字节字节(Byte)的数据。的数据。除除18个扇段外，在扇段个扇段外，在扇段00和扇段和扇段17之间还设有之间还设有间隙区。数据被存放在这些磁道扇区上，在读间隙区。数据被存放在这些磁道扇区上，在读取数据时，也会以这些磁道扇区为基准进行检取数据时，也会以这些磁道扇区为基准进

8、行检索。索。软盘格式化后，盘上所有数据将被全部清除。软盘格式化后，盘上所有数据将被全部清除。Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-10磁盘旋转，磁盘旋转，形成相对高形成相对高速运动速运动磁头的电磁磁头的电磁感应线圈感应线圈铁磁薄膜介质，铁磁薄膜介质，磁化方向表示磁化方向表示0、1磁盘磁盘11.2 软盘结构软盘结构Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-1111.3 磁头系统磁头系统 磁头系统：磁头系统：磁头小车、导轴、丝杠螺母副和步进电机、磁头小车、导轴、丝杠螺母副和步进电机、00号磁道检号磁道检测传感器。测传感器。 导

9、轴和丝杠以主板为参照基准，共同决定了磁头的直线运动轨迹。导轴和丝杠以主板为参照基准，共同决定了磁头的直线运动轨迹。丝杠由步进电机带动。丝杠由步进电机带动。Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-1211.3 磁头系统磁头系统 磁头小车：磁头小车： 有上、下两个磁头，上、下磁头的通过扁平线束与控制电路连有上、下两个磁头，上、下磁头的通过扁平线束与控制电路连接。接。 小车的一侧有滑孔，导轴穿过滑孔后固定在主板上。小车的另小车的一侧有滑孔，导轴穿过滑孔后固定在主板上。小车的另一侧有简化为一根钢针的螺母，与丝杠共同构成丝杠一侧有简化为一根钢针的螺母，与丝杠共同构成丝

10、杠-螺母副。螺母副。 滑孔、导轴和丝杠滑孔、导轴和丝杠-螺母都具有很高的加工精度和光洁度。螺母都具有很高的加工精度和光洁度。 磁头小车的运动：磁头小车的运动： 丝杠和导轴构成一个平面，保证小车的平稳运动。丝杠和导轴构成一个平面，保证小车的平稳运动。 丝杠由步进电机带动，步进电机在控制器发出的步进脉冲和方丝杠由步进电机带动，步进电机在控制器发出的步进脉冲和方向信号控制下转过预定的角位移，通过丝杠向信号控制下转过预定的角位移，通过丝杠-螺母副转换为磁头螺母副转换为磁头小车的直线运动，使磁头找到预定的磁道。小车的直线运动，使磁头找到预定的磁道。 当磁头移动到位于最外圈的当磁头移动到位于最外圈的00号

11、磁道时，小车上的档片就会遮号磁道时，小车上的档片就会遮挡光电对管的光路，这个光电对管作为挡光电对管的光路，这个光电对管作为00磁道传感器，立即向磁道传感器，立即向控制器发出信号，表示磁头已到控制器发出信号，表示磁头已到00号磁道。号磁道。 Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-1311.4 主轴系统主轴系统直流无刷电机直流无刷电机主轴带动盘片转主轴带动盘片转动，其核心主轴动，其核心主轴电机是一个外形电机是一个外形扁平的扁平的直流无刷直流无刷电机电机。读写操作中，盘读写操作中，盘片以恒速片以恒速300r/min1.5%作旋转运动，作旋转运动，也有的软驱转速也

12、有的软驱转速是是600r/min。Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-1411.4 主轴系统主轴系统直流无刷电机直流无刷电机Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-1511.4 主轴系统主轴系统直流无刷电机直流无刷电机 霍尔器件作转子位置传感器，用表面装贴工艺直接贴焊霍尔器件作转子位置传感器，用表面装贴工艺直接贴焊在定子印制板上，三个霍尔器件成在定子印制板上，三个霍尔器件成120排布。永磁转排布。永磁转子转动时，处在转子磁场中的霍尔器件输出的霍尔电势子转动时，处在转子磁场中的霍尔器件输出的霍尔电势幅度随转子位置而变化，

13、三个霍尔器件的输出电势成幅度随转子位置而变化，三个霍尔器件的输出电势成120电角度。电角度。Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-1611.5 磁头系统与主轴系统协同工作磁头系统与主轴系统协同工作 磁道格式：磁道格式：每一个扇段内，分为每一个扇段内，分为ID标记段和数据区两部标记段和数据区两部分。分。ID标记段以同步信号标记段以同步信号SYNC起始，以间隙起始，以间隙GAP2结结束。数据区也以同步信号束。数据区也以同步信号SYNC起始，以间隙起始，以间隙GAP3结结束。束。 读写操作读写操作 扇段定位：扇段定位：同步信号确保了写在任何一个扇段里的标志、地址

14、同步信号确保了写在任何一个扇段里的标志、地址和数据总能在读操作中被磁头正确地对准和数据总能在读操作中被磁头正确地对准 磁道定位：磁道定位：寻找磁道的操作由控制器根据来自主机的命令和目寻找磁道的操作由控制器根据来自主机的命令和目标磁道号，将当前磁道号与目标磁道号比较，从而决定磁头的标磁道号，将当前磁道号与目标磁道号比较，从而决定磁头的移动方向和位移量。移动方向和位移量。 控制器：控制器：解释来自解释来自CPU的命令，检测驱动器的工作状态，的命令，检测驱动器的工作状态，向磁头系统和主轴系统发出各种控制信号向磁头系统和主轴系统发出各种控制信号 。Industry Training Center软驱磁

15、盘驱动器分析课件11-1711.5 磁头系统与主轴系统协同工作磁头系统与主轴系统协同工作软驱控制电路框图软驱控制电路框图数据分离写预补偿磁头控制电路写数据读数据读数据时钟与步进脉冲00磁道索引脉冲数据总线缓冲器步进电机INTR写保护盘片到位盘片密度同步控制Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-1811.5 磁头系统与主轴系统协同工作磁头系统与主轴系统协同工作工作状态检测工作状态检测 1)00磁道传感器：磁道传感器：一个红外发射一个红外发射-接收对管，当磁头移动接收对管，当磁头移动到到00号磁道，也就是最外面的磁道时，磁头小车上的挡号磁道，也就是最外面的磁道

16、时，磁头小车上的挡板遮断光电对管的光路，输出到达板遮断光电对管的光路，输出到达00号磁道的信号。号磁道的信号。 2)写保护传感器：写保护传感器：一个微动开关，如果盘套上的拨块被一个微动开关，如果盘套上的拨块被拨到写保护位置，此微动开关不被压下。拨到写保护位置，此微动开关不被压下。 3)磁盘到位传感器：磁盘到位传感器：一个微动开关，每当盘片被推到底一个微动开关，每当盘片被推到底时，上夹板下降，此开关就被盘套压下，发出盘片已到时，上夹板下降，此开关就被盘套压下，发出盘片已到位的信号。位的信号。 4)磁盘密度传感器：磁盘密度传感器：一个微动开关，高密度磁盘的盘套一个微动开关，高密度磁盘的盘套上有一个

17、方孔，磁盘到位时不会压下此开关，而低密度上有一个方孔，磁盘到位时不会压下此开关，而低密度磁盘的盘套上没有方孔，磁盘到位时此开关被压下，由磁盘的盘套上没有方孔，磁盘到位时此开关被压下，由此区分盘片的密度。此区分盘片的密度。Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-1911.6 磁盘进出机构磁盘进出机构磁盘进出机构关键是磁盘进出机构关键是上下夹板及活门拨杆上下夹板及活门拨杆及下夹板止弹器。及下夹板止弹器。Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-2011.7 软驱主板软驱主板 作用：作用：系统的装配模块，为系统的装配模块，为所有的

18、静态零部件和动态机所有的静态零部件和动态机构提供了定位基准和运动参构提供了定位基准和运动参照。照。 构成：构成：1)控制电路印制板；检测写保控制电路印制板；检测写保护、盘密度和盘片到位位护、盘密度和盘片到位位传感器；传感器；00号磁道传感器。号磁道传感器。2)磁头系统的导轴和丝杠固定磁头系统的导轴和丝杠固定在主板上，两个轴的加工在主板上，两个轴的加工精度和装配平行度直接影精度和装配平行度直接影响磁头的运动精度；主轴响磁头的运动精度；主轴电机也固定在软驱主板上，电机也固定在软驱主板上，它的轴心定位精度对读写它的轴心定位精度对读写操作有最为重要的作用。操作有最为重要的作用。3)上、下夹板，盘套活门

19、拨杆上、下夹板，盘套活门拨杆底转动轴和复位弹簧也固底转动轴和复位弹簧也固定在主板底面上。定在主板底面上。4)盘片的主、次两个水平驱动盘片的主、次两个水平驱动销销5)上下盖、前面板上下盖、前面板Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-21思考题思考题1.采用何种传感器检测以下物理量？采用何种传感器检测以下物理量？角位移：角位移：直线位移：直线位移：00磁道：磁道：2.磁盘写保护、磁盘密度如何检测？磁盘写保护、磁盘密度如何检测？3.主轴电机转速主轴电机转速300r/min1.5，如何保证误，如何保证误差不累积？差不累积？4.磁头和主轴分别用什么电机驱动？磁头和主

20、轴分别用什么电机驱动？5.怎样保证盘片不会放反？怎样保证盘片不会放反？6.如何保证磁盘不被弹射出来？如何保证磁盘不被弹射出来？7.磁盘怎样与主轴同心、同步？磁盘怎样与主轴同心、同步？8.怎样保证磁头小车直线运动？怎样保证磁头小车直线运动？Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-221.采用何种传感器检测以下物理量？采用何种传感器检测以下物理量？ 角位移：角位移： 直线位移：直线位移： 00磁道：磁道：2.磁盘写保护、磁盘密度如何检测？磁盘写保护、磁盘密度如何检测？ 3.主轴电机转速主轴电机转速300r/min1.51.5，如何保证误差，如何保证误差不累积？不

21、累积？ 4.4.磁头和主轴分别用什么电机驱动？磁头和主轴分别用什么电机驱动？ 霍尔传感器霍尔传感器对步进电机的脉冲计数对步进电机的脉冲计数光电对管光电对管微动开关微动开关每转一圈输出一个索引脉冲，转速每转一圈输出一个索引脉冲，转速300r/min时，索引时，索引脉冲周期为脉冲周期为200ms，脉宽，脉宽4ms。步进电机、直流无刷电机步进电机、直流无刷电机思考题思考题Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-235.怎样保证盘片不会放反？怎样保证盘片不会放反？6.如何保证磁盘不被弹射出来？如何保证磁盘不被弹射出来？ 7.磁盘怎样与主轴同心、同步？磁盘怎样与主轴同

22、心、同步？8.怎样保证磁头小车直线运动？怎样保证磁头小车直线运动？ 软盘上的斜角和软驱中的阻尼弹簧共同作用软盘上的斜角和软驱中的阻尼弹簧共同作用阻尼弹簧的阻力阻尼弹簧的阻力软盘上定位孔与主轴电机轴心的对准，软盘上的驱动孔软盘上定位孔与主轴电机轴心的对准，软盘上的驱动孔于主轴电机上的柔性驱动销对准于主轴电机上的柔性驱动销对准磁头小车上的导轴与丝杠安装在同一平面上，共同决定磁头小车上的导轴与丝杠安装在同一平面上，共同决定下车的直线运动下车的直线运动思考题思考题Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-24本讲小结本讲小结 软驱的作用是使磁头软驱的作用是使磁头找到正

23、确的找到正确的磁道和扇磁道和扇段段，进行写数据和读，进行写数据和读数据的操作。为寻找数据的操作。为寻找正确的磁道，要求磁正确的磁道，要求磁头沿盘片的头沿盘片的径向作直径向作直线运动线运动，为寻找正确，为寻找正确的扇段，则要求的扇段，则要求盘片盘片作转动作转动。这两种运动。这两种运动分别由分别由磁头系统磁头系统和和主主轴系统轴系统完成，磁头系完成，磁头系统和主轴系统的动作统和主轴系统的动作由控制器控制，磁盘由控制器控制，磁盘的进入和退出则由的进入和退出则由进进出机构出机构实现。实现。 重点：思考题重点：思考题Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-25教学安排教学安排1课时（讲课：；实验：）课时（讲课：；实验：）第一次课（讲课：第一次课（讲课：30；实验：；实验：80）教学只讲教学只讲“软驱基本结构和原理软驱基本结构和原理”，然后，然后给出思考题，让学生自学。给出思考题，让学生自学。Industry Training Center软驱磁盘驱动器分析课件11-26教学中常见的问题教学中常见的问题