CD-ROM光驱的机电原理分析——机械电子工程课程论文

CD-ROM光驱的机电原理分析——机械电子工程课程论文CD-ROM光驱的机电原理分析——机自74班2/22CD-ROM光驱的机电原理分析机械工程及自动化专业74班目录目录................................................................................................................................2摘要................................................................................................................................3一、概述........................................................................................................................3二、用途与特点............................................................................................................3三、系统原理分析........................................................................................................43.1数据记录在CD-ROM盘上的原理................................................................43.2从CD-ROM盘上读取数据的原理................................................................53.2.1硬件系统...............................................................................................53.2.2读取数据的原理...................................................................................63.3机电原理分析..................................................................................................6四、技术分析................................................................................................................74.1光盘托架结构与工作原理..............................................................................74.1.1托盘结构...............................................................................................74.1.2托盘传动装置及工作原理...................................................................84.2激光头系统....................................................................................................114.2.1激光头的外围组件............................................................................124.2.2激光头的核心组件............................................................................124.2.3主轴驱动电机....................................................................................134.3电路工作原理................................................................................................174.3.1循迹与聚焦.........................................................................................194.3.2光驱的伺服控制系统.........................................................................194.3.3数字信号处理系统.............................................................................204.4技术总结........................................................................................................20五、总结与感想..........................................................................................................215.1产品的鲜明特点............................................................................................215.2感想................................................................................................................21参考文献......................................................................................................................21机械电子工程3/22CD-ROM光驱的机电原理分析机械工程及自动化专业摘要本文针对具体的机械电子产品——CD-ROM光驱进行相关的机电原理分析，同时介绍其相关的用途和特点，详细分析系统的原理，并结合具体的实例（三星CD-Master40EMODELSC-140——这是从一台计算机上拆下来的，文章中附有实物照片分析，包括光驱里面的各个细节部分）进行相关的技术分析，主要从机构与驱动、测量与感知、监测与控制三个方面综合分析、讨论该系统，说明光驱的技术特点。系统原理分析主要是数据的存取和记录，着重从机电原理方面来讨论。技术分析则包括主要的三个部分，即光盘托架（包括托盘）、激光头组件、电路控制板，深入分析各个机构的运动规律，并结合电子和计算机技术分析相关的电路原理和控制原理，包括直流无刷电机的控制、位置传感器、伺服系统的控制及其电路结构等。最后，针对分析的产品，说明其特点和应用的空间，进行相关的总结。关键词：光驱、机电原理、机构、电路、控制一、概述计算机技术日新月异，支撑计算机技术的硬件，其中涉及到的诸多机械电子系统，成为技术革新的重要部分。其中，光驱在电脑多媒体领域里，具有非常重要的地位，尽管DVD，刻录机广为人们所接受，但就目前而言，光驱仍然是个人电脑中必不可少的标准配置之一。同时，光驱作为典型的机械电子产品，很好地体现了机械电子工程的设计思想，是一个结合光学、机械及电子技术的产品，属于最成功的机械电子产品之一。二、用途与特点CD-ROM（CompactDiscRead-OnlyMemory）即只读光盘，一种能够存储大量数据的外部存储媒体，一张压缩光盘的直径大约是4.5英寸，1/8英寸厚，能容纳约660兆字节的数据。所有的CD-ROM盘都是用一张母盘压制而成，然后封装到聚碳酸酯的保护外壳里。记录在母盘上的数据呈螺旋状，由中心向外散开，磁盘表面有许许多多微小的坑，那就是记录的数字信息。读CD-ROM上的数据时，是利用激光束扫描光盘，根据激光在小坑上的反射变化得到数字信息。CD-ROM是为计算机所使用的光盘规格，由于储存在光盘片上的数据是以激光束扫描读取的，而非磁性方式读取，故光盘的保存可长达数十年。另外，一般软盘片是可擦写的，但光盘片只能读取数据，而不能写入数据(如果有CD-R可烧录式光驱及CD-R空白片和烧写软件，就可以在光盘片上写入数据)。如图2.1所示，即为三星所生产的光驱，即CD-ROM光驱的机电原理分析——机自74班4/22CD-Master40EMODELSC-140（这是我从一台计算机上拆下来的光驱，并拆开其内部相应的构件，下文也主要围绕该机电产品展开结构和相关原理的分析）。图2.1三星CD-ROM光驱（CD-Master40EMODELSC-140）三、系统原理分析3.13.13.13.1数据记录在CD-ROMCD-ROMCD-ROMCD-ROM盘上的原理CD-ROM盘的盘片由1.6mm宽的刺刀和1.0um宽的螺旋构成，数据被记录在具有不同长度的凹槽和凸起上，而载有这些凹槽和凸起的螺旋达到了3英里长，这种记录数据的方式，是与软盘、硬盘记录数据方式的一个重要差别。制作盘片时,激光沿着螺旋磁道以1.6mm宽度烧出长度不同的凹槽。当激光头读取数据时,从凹槽到凸起或从凸起到凹槽的变化代表1，而无变化代表0。读取数据时,激光穿过表面透明基片，聚焦在下面反射层的凹槽和凸起上。当激光束在这些凹凸不平的区域上移动时，反射光随之变化——凹槽将光线散射,而凸起则将光线反射回来几乎图3.1数据记录原理机械电子工程5/22无强度损失。由高到低或由低到高的光强变化,表示二进制数据中的“1”。而持续一定时间的光强无论是凹槽还是凸起,均表示“0”。（如图3.1所示）。3.23.23.23.2从CD-ROMCD-ROMCD-ROMCD-ROM盘上读取数据的原理3.2.13.2.13.2.13.2.1硬件系统通常，一台普通的光驱通常由以下几个部分组成：主体支架、光盘托架（包括托盘）、激光头组件、电路控制板等，如图3.2所示。其中，激光头组件的地位最为重要，可以说是光驱的“心脏”。激光头实际上是一个组件，具有主轴电机、伺服电机、激光头和机械运动部件等结构。而激光头则是由一组透镜和光电二极管组成。在激光头中，有一个设计非常巧妙的平面反射棱镜。当光驱在读光盘时，从光电二极管发出的电信号经过转换，变成激光束，再由平面棱镜反射到光盘上。由于光盘存在凹凸不平的小坑，因此它们接受激光束时所反射的光也有强弱之分，这时反射回来的光再经过平面棱镜的折射，由光电二极管变成电信号，经过控制电路的电平转换，变成只含“0”、“1”信号的数字信号，计算机就能够读出光盘中的内容了。图3.2光驱托盘驱动装置及激光头组件示意图CD-ROM光驱的机电原理分析——机自74班6/223.2.23.2.23.2.23.2.2读取数据的原理光驱是否能准确地从盘片上读出数据,数据能否被准确地读出有三个主要因素：1）磁道聚焦,即聚焦于适当