Ch软驱的设计分析PPT课件

1、机械电子工程原理机械电子工程原理第十六章 软盘驱动器第1页/共26页2软盘驱动器的作用 软盘驱动器是典型的机械电子系统，很好地体现了机械电子工程的设计思想，因而成为最成功的机械电子产品之一。 软盘驱动器的作用是使磁头找到正确的磁道和扇段，进行写数据和读数据的操作。为寻找正确的磁道，要求磁头沿盘片的径向作直线运动；为寻找正确的扇段，则要求盘片作转动。这两种运动分别由磁头系统和主轴系统完成，磁头系统和主轴系统的动作由控制器控制，磁盘的进入和退出则由进出机构实现。 第2页/共26页3软盘驱动器第3页/共26页4软磁盘 软盘的存储容量 早期：英寸 盘 现在：英寸 盘 英寸盘英寸盘第4页/共26页5软磁

2、盘的存储原理 软磁盘用硬磁性材料作介质，利用材料的剩磁表示信息。英寸软磁盘的盘片被划分为80个成同心圆的磁道、18个扇区。一个磁道在某一扇区内的一段称为扇段，每个扇段可以存储512字节的数据。除18个扇段外，在扇段00和扇段17之间还设有间隙区。 第5页/共26页6软磁盘的读取磁盘旋转，形成相对高速运动磁头的电磁感应线圈铁磁薄膜介质，磁化方向表示0、1磁盘第6页/共26页716.1 磁头系统 磁头系统主要包括磁头小车、导轴、丝杠螺母副和步进电机，此外，还有00号磁道检测传感器。 第7页/共26页8磁头小车 盘片是双面的，所以磁头小车上有上、下两个磁头，分别安装在各自的支架上。上 磁头支架通过一

3、片弹簧钢片固定在小车上。上磁头支架可以由压簧将其下压，使上磁头与盘片的上表面保持良好接触。 为使上磁头能抬起，上磁头支架上还有和两个小翼。上、下磁头的通过扁平线束与控制电路连接。 小车的一侧有滑孔，导轴穿过滑孔后固定在主板上。小车的另一侧有简化为一根钢针的螺母，与丝杠共同构成丝杠-螺母副。与丝杠成运动副的螺母被简化为一根短钢针，在很大程度上简化了装配。第8页/共26页9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。 当磁头移动到位于最

4、外圈的00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00磁道传感器，立即向控制器发出信号，表示磁头已到00号磁道。 第9页/共26页1016.2 主轴系统 主轴系统的核心是主轴电机，它是一个外形扁平的直流无刷电机。主轴电机转子轴心和定子轴心决定了盘片旋转运动的基准。读写操作中，盘片以恒速300r/min1.5%作旋转运动，也有的软驱转速是600r/min。 第10页/共26页11直流无刷电机 直流电源通过换向控制电路向无刷电机的定子绕组供电。定子电流产生的电磁转矩使转子转动。为此，必须时刻检测转子的角位置。转子位置传感器随时检测转子的角位置，并将角位置信号送给换向控制电路，

5、换向电路的主回路是开关管构成的开关电路，依据转子位置信号控制定子绕组的通断。 第11页/共26页12直流无刷电机为了使转子角位移满360时重新从0计起，在永磁转子外壳的边缘开了一个漏磁窗口，在转子外壳附近的定子印制板上，安装了一个霍尔器件或者一个电感线圈，作为索引传感器。 索引脉冲除用于划分磁道的起始和终止点外，还被利用来作转速控制。 第12页/共26页13转子位置传感器 霍尔器件在磁场B中会产生霍尔电势EH EHKHIBcos 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120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幅度随转子位置而变化，

6、三个霍尔器件的输出电势成120电角度。第13页/共26页1416.3 磁头系统与主轴系统的协同工作 要完成对盘片的读写，必须正确寻找每一个磁道和每一个扇段，这就要求磁头系统和主轴系统协同工作。 主轴电机的转速有一定范围的波动，电机转速在允许范围内波动时，要保证以前在某个扇段上写入的数据能被准确无误地读出，还要保证在一台计算机上写入的数据能在另一台计算机上读出，后者称为软盘驱动器的兼容性。第14页/共26页15磁道格式 读写操作的实质是要保证磁头准确找到预定的磁道和扇段。为了达到此目的，设计了磁盘的磁道格式。新盘片首先必须按照设计的格式进行格式化。 在01号扇区前安排着间隙信号GAP1，17号扇

7、区后面是间隙信号GAP4。GAP1和GAP4之间顺序安排着本磁道的18个扇段。当索引脉冲到来，首先遇到表示磁道首部的间隙GAP1，而磁道尾部的间隙GAP4之后就是下一个索引脉冲。 每一个扇段内，分为ID标记段和数据区两部分。ID标记段以同步信号SYNC起始，以间隙GAP2结束。数据区也以同步信号SYNC起始，以间隙GAP3结束。第15页/共26页16磁道格式GAP1：索引间隙，32146字节，写入4EH，表示本磁道起始；GAP2：标志符间隙，7884字节，写入4EH，将本扇段内标记段与数据段隔开；GAP3：数据区间隙，22字节，写入4EH；GAP4：磁道间隙，4EH，本磁道最后一个扇段的GAP

8、3后，直到另一个磁道的GAP1出现为止；SYNC：同步信号，12字节，写入00H，供读数据时磁头定位，读出后分离出数据 第16页/共26页17读写操作 扇段的定位 同步信号SYNC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。读取到的信号在专门的分离电路中将数据分离出来，然后送往数据总线。 磁道的定位 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，从而决定磁头的移动方向和位移量。 第17页/共26页18控制器的作用 控制电路要按规定的格式对盘片做格式化，按规定的格式写或读信息。为此，要解释来自CPU的命令，检测驱动器的工作状态，

9、向磁头系统和主轴系统发出各种控制信号。 第18页/共26页19工作状态检测 1) 00磁道传感器：一个红外发射-接收对管，当磁头移动到00号磁道，也就是最外面的磁道时，磁头小车上的挡板遮断光电对管的光路，输出到达00号磁道的信号。 2) 写保护传感器：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。 3) 磁盘到位传感器：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，发出盘片已到位的信号。 4) 磁盘密度传感器：一个微动开关，高密度磁盘的盘套上有一个方孔，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，由此区分盘片的密度。

10、第19页/共26页2016.4 磁盘进出机构 磁盘进出机构关键是上下夹板及活门拨杆及下夹板止弹器。磁盘通过进出槽口插入上夹板的槽内，当用户推盘套时，盘套的前沿推动活门拨杆顺时针方向转动，盘片被推进到位时，活门拨杆的位置恰好释放下夹板拉簧，下夹板被拉簧拉向槽口方向，同时，下夹板两侧的45斜槽迫使上夹板下沉，盘套上的两个定位凹坑对准主板上的两个水平驱动销。这样，盘片就完全到位了。 第20页/共26页2116.5 主板 作用：系统的装配模块，为所有的静态零部件和动态机构提供了定位基准和运动参照。构成：1)控制电路印制板；检测写保护、盘密度和盘片到位位传感器；00号磁道传感器。2)磁头系统的导轴和丝杠

11、固定在主板上，两个轴的加工精度和装配平行度直接影响磁头的运动精度；主轴电机也固定在软驱主板上，它的轴心定位精度对读写操作有最为重要的作用。3)上、下夹板，盘套活门拨杆底转动轴和复位弹簧也固定在主板底面上。4)盘片的主、次两个水平驱动销5)上下盖、前面板第21页/共26页2216.6 盘片和盘套 盘片是76m厚的聚酯薄膜，两面涂敷13m厚的磁性材料，可以读写106次。 格式化后，18个扇区（0017），80个磁道（0079），2个面，每个扇段存储512B数据，整个软磁盘的存储量为 512188021474560字节 或 1474560/1024=1440KB 盘片中部是钢制的盘毂，盘毂上有定位孔

12、和驱动孔。这种驱动定位紧固方式可避免盘片打滑或错位，提高了盘片定位精度。 盘套上有写保护拨块、表示高密度的方孔和两个定位用的凹坑。为防止静电，盘套内衬有防静电的无纺布或纸。 第22页/共26页23软磁盘的结构第23页/共26页2416.7 主要技术特性 以TEAC FD-55GER软盘驱动器为例。 接口：34芯工业标准接口。 外形尺寸（半高型）：208 mm146 mm41mm (5.25in) 150 mm102 mm25.4 mm (3in) 重量： 1100g/425g 环境：工作温度： 5 45 闲置温度： -22 60 湿度： 10% 90% 转速： 300 r/min 传输速率： 500 KB/s 电源1：+12V(10%) 额定电流：，最大电流：，纹波：200 mVp-p 电源2：+5V(5%) 额定电流：，最大电流：，纹波：100 mVp-p 第24页/