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软盘驱动器工作原理与维护软盘驱动器工作原理与维护胡以华 1995-01-06 一、软盘组成结构 软磁盘常被叫作软盘片，是计算机中使用的一种数据存储器，它是运用磁性物体在磁场的作用下磁化的特性，来存储数据的。为便于数据访问，磁盘中的数据是存放在圆形的磁盘中。 如果磁性物质附着在软性的盘基上霄成的磁盘就称之为软盘。 常用软盘按磁盘存储容量可分为：普通密度(SD)、倍密度(DD)、高密度(HD)三种。 (一)软磁盘的结构，以5.25英寸软盘为例，如图一所示。 1.标签 封套上贴有标签，分永久标签和用户标签。 2.盘片定位孔 塑料封套正中有一个较大的圆孔驱动器的磁盘夹紧机构通过这个孔才能卡住盘片中心的装卡孔。 3.读写孔 塑料封套还开有一个较大的圆柱形状的孔，对于双面软盘来说，封套的两面都有形状完全一样的两个孔，位置上下吻合。驱动器的读/写磁头必须通过这两个孔才能与暴露来的磁盘表面直接接触，读取或写入信息。 4.索引孔 是用来确定软盘中扇区的起始位置的，当盘片转动时，盘片上的孔与封套上的孔重合，驱动器上的光电索引检测装置就检测到一个光电信号，称为索引信号，给磁盘上的扇区定位。 5.写保护缺口 磁盘的塑料封套往往在侧缘开一个小的方形缺口，这就是写保护缺口。用胶纸帖住时，不能往磁盘里写入信息，只能读出(3英寸软盘的写保护缺口在盘的背面左下角，有一个开关)。 (二) 数据的磁记录过程 无论哪种磁表面存储器，记录信息的过程都是一种电磁信息的转换过程，它是通过磁头与对磁头作相对运动的磁记录介质来实现的。 磁盘驱动器的主要功能是，把磁盘控制器送来的数据脉冲序列转换为不同的磁化状态，从而记录到磁盘上，这就是写过程；或者从磁盘中把数据还原出来，即读过程。 写过程就是把要记录的数据序列经过写电路形成写电流，写电流流经写线圈，产生与数据相对应的磁场，磁化磁头缝隙下的磁层，完成了“电_磁”转换。当磁盘在磁头下面作恒速运动，输入的脉冲序列不断改变磁头电流的方向，也就是不断改变磁场的方向，则在磁盘的表面(磁介质)就刻下一串与输入脉冲序列相应的有规律的小的磁化单元，这就是磁盘记录数据的过程。 读磁盘(或读数据)就是把对应于二进制数据序列的阶跃脉冲系列从磁盘中还原出来，完成了“磁_电”转换。当恒速运动已写入数据的磁盘经过磁头下方时，磁头线圈切割磁力线，在磁头线圈中就产生相应的感应电动势，这个信号经过读电路放大和处理后，就还原出了原来写进去的脉冲序列，完成了对磁盘的读过程。 (三)软盘和软盘驱动器的关系 相同尺寸的软盘一般是性能高的软盘驱动器能够读写性能低的软盘，比如360KB的软盘能够在1.2MB的软驱上读写；反之，1.2MB的软盘却不能在360KB的软驱上读写，只有把1.2MB的软盘格式化成360KB才能使用。 二、软盘驱动器的结构 一个软盘驱动器有两个驱动定位机构。盘片驱动定位机构的功能是将磁盘正确地定位于旋转驱动轮主轴的中心位置上，以便使磁盘在主轴带动下旋转时，它与磁头的相对运动轨迹在每条磁道上准确重合。磁头驱动机构的作用是让载有读写磁头的小车在步进电机的驱动下沿盘片径向移动，寻找所需的磁道位置。 (一)盘片驱动定位机构 盘片的驱动定位机构分为盘片引导、加载装卡、驱动和弹射，作用是使盘片在驱动器里准确定位并带动旋转。 这里主要讲讲盘片的弹射机构。 它的作用是当盘片使用完毕需要取出时，可以借助弹射机构的弹力将它迅速弹出槽口。图二是盘片弹射机构工作中的三个状态示意图。 (a) 盘片插 入前的状态 其工作过程是：在盘片插进驱动器槽口向里推动时，塑料封套前缘推动弹射架朝里移动，拉簧伸长，一直推动到限定位置时，压簧片将弹射架上的挂钩(图二a中的A)压下勾住转动臂筋条(图二a中的B)的里侧。在驱动器手柄板下时，挡销正好进入弹射架上的限位槽被锁定(见图二中的b和c)。需要取出磁盘时，首先是打开旋回手柄，带动转动臂向上，释放限位槽里的挡销和弹射架上的挂钩，于是弹射架在拉簧的作用下迅速将盘片从驱动器的槽口弹出。 如盘片的弹射机构出现故障，在打开旋回手柄时，盘片弹不出，遇到这种现象时，不要使劲往外拉盘片，应打开机箱，取出驱动器，仔细观察盘片弹射机构，看那一环节出现故障，一般是弹簧失效。 (二)磁头驱动定位机构 磁头定位机构的主要任务是将磁头送到指定的磁道位置，要求定位准确、迅速。 软盘驱动器中经常采用的磁头定位机构有丝杆传动、钢带传动、螺旋凸轮传动和音圈电机等几种方式。 如 TEAC FD-55GFR采用的是钢带传动、TM100-2A采用是丝杆传动。现在的软盘驱动器一般采用钢带传动。 (三)加载机构 驱动器不工作时，应该使磁头和磁盘相互脱离，只有当驱动器接到磁盘控制器的命令信号后才使它们接触，这个过程叫作磁头加载。 常见的加载机构是由电信号控制的继电器加载机构，如早期的松下1.2M软驱。有的驱动器没有加载机构，如TEAC FD-55GFR。旋回手柄扳下时，磁盘和磁头接触，旋回手柄打开时，两者脱离。 如电信号控制的继电器加载机构出现故障，在使用软驱时，听不到继电器触点的吸合声。根据现象检查，即可找到故障点。 三、软盘驱动器的基本电路 (一)写入电路 写入电路是根据写入数据的要求，产生相应的写电流。 当需要把数据信息写到盘片上时，软盘控制器发出写选通信号，如果此时软盘片未进行写保护处理，写门发出允许写信号，选通写电源开关、恒流源电路和抹电流延迟电路。写数据信号通过写数据接收器整形后送到写数据触发器，产生两个相位相反的写电流信号，分别控制写驱动器1和写驱动器2，两个写驱动器轮流导通，在盘片上产生极性相反的磁化单元。 如图四是数据写入电路的原理示意图。在需要写入数据时，控制器先送来写选通信号。然而，有了写选通信号后，同时还得接收到写保护检测电路发来的允许信号，才能接通图中的恒流源开关K3。开关K3接通之后，此时，写数据接收电路每接收一个输入脉冲，送到数据触发器的触发端，输出端Q和Q的状态便翻转一次，它们分别控制开关K1和K2。如果Q为1，则K1接通，K2断开，写电流通过读写线圈1；反之，写电流通过读写线圈2。这两种状态产生极性相反的局部磁化区。 为了防止在写入时电流窜入读出电路造成前置放大器损坏，在读/写磁头和读出放大器之间用二极管阵列作开关隔离。 写电流通过磁头在磁盘表面的磁道上记录下信息后，信息磁道的两侧会产生不规则的磁化边缘降低了磁道间距，很容易引起道间干扰，因此必须加以修整。这种修整是通过抹磁头的抹电流来实现的。由于抹磁头的位置处在读写磁头前面一段距离的地方，如果写选通号令一出现，立即接通抹电流，就会将抹磁头所在区域上的信号抹掉过多，因此在写选通信号出现后，延迟一段时间后再接通抹电流；写选通信号结束后，必须延迟一段时间才切断抹电流(见图五)。 (二)读出电路 读出电路的功能是将储存在盘片上的磁化信息，还原成与写入脉冲完全相同的数据脉冲。 读出电路的基本组成如图六所示。 读操作时，读/写磁头感应出的微弱信号，经前置放大器放大，高频噪声信号由低通滤波器滤掉。低通滤波器的输出送到微分放大电路中进行微分，使读出信号的峰点变成零点，同时对高频信号进行补偿。经微分后的读出信号通过限幅放大后变成方波信号，其方波前、后沿均对应于读出信号的峰点。再经鉴零器将上述方波的前、后沿检出变成脉冲。最后经整形送软盘控制器。(见图七) 现在软驱的读写电路都是由大规模集成芯片和外围元件组成。如TEAC FD-55GFR的读写电路由U1(220-7-00)和外围元件组成。YD-580软驱的读写电路由MB14301、MB4392和6C等组成。 软驱出现读写故障时，首先检查读写条件是否具备，如不能写入，查是否有写数据、写选通信号和写保护等，这些信号都具备，才考虑集成芯片是否损坏。总之，先外围后芯片。芯片一般是不会损坏的。 (三)步进电机控制电路 软盘驱动器的磁头移动定位是以四相步进电机为驱动源，通过丝杆或钢带带动小车载着移动到指定的磁道位置。 控制步进电机需要两种控制信号。一个是方向信号，高电平表示“退”，低电平表示“进”。退就是磁头朝外即向00磁道；进则相反。另一个是步进脉冲，每个脉冲控制步进电机转动一个步距角。步进马达有四相绕组。在控制器的“方向”和“步进”信号控制下，每次分别接通其中两相绕组，并以四种状态为一循环周期。 图八是一个四相步进电机控制电路。 各相绕组的通电时序依次为： 退： .AB-BC-CD-DA-AB. 进： .AB-DA-CD-BC-AB. 当磁头后退到零磁道位置时，由零磁道检测装置产生的有效电平TRACK 00锁步进信号STEP，使磁头停留在零磁道上，仅当方向信号变为低电平时，才解除对STEP信号的封锁，允许磁头在步进信号作用下向盘片中心移动。 TEAC FD-55GFR的步进电机控制电路由U1(2207-00)和U2(IR202C24AN)等组成。 (四)主轴直流电机伺服电路 驱动器内有一直流伺服马达，电源电压为+12V。它接受控制器送来的马达启动信号MOTOR ON。当该信号为低电平时，由电路驱动主轴旋转。 主轴转动后，其测速绕组输出与转速成正比的信号，并经电荷泵转换输出直流电压与恒定电压进行比较，根据其差值去控制功率放大器的导通程度，按负反馈原理调整马达转速，从而使马达恒定旋转。 目前使用的5.25英寸等规格的软盘驱动器基本上都是利用直流电机来驱动主轴的，转速为每分钟300转。 (五)状态检测电路 1.索引检测电路 5.25英寸软盘驱动器，大都使用软分段盘片，即一张盘片上，只有一个索引孔，盘片每转一周，产生一个索引脉冲，在格式化时，用它标志磁道的起始位置，为系统提供定时信号。 盘片插入驱动器后，盘片正好将电路中发光二极管和光敏三极管隔开。盘片转动时，其索引孔通过光电组件的一瞬间，发光二极管发出的红外光通过索引孔照射到光敏三极管上，光敏三极管导通。 如果在使用软驱时，屏幕提示“NOT READY ERROR DRIVE A：(或B：)”，或者是能读写软盘，却不能格式化，这些现象一般是索引光电器件被灰尘污染所致。 2.零磁道检测电路 零磁道检测电路一般用微动开关或光电检测器，无论哪一种方式，都要与步进电机的零相信号相“与”才能产生零磁道信号，这样才能确保磁头处于零磁道位置。 TEAC FD-5