Как сделать дисковод из бумаги

Обновлено: 08.07.2024

Давно уже без дела валялся на работе древний CD-ROM, ещё с IDE разъёмом. Пристраивать по назначению его было бессмысленно, да и никак не мог определиться со счастливчиком, урвавшим такой джекпот. В общем, решил провести эксперимент, раскурочив CD-привод и «заколхозить» из него микроскоп в паре со смартфоном. Предлагаю оценить что из этого получилось.

Давно вынашиваю идею соорудить стереомикроскоп и уже нашёл для него донора в виде старого фотоаппарата, но сегодня у нас всё будет гораздо проще.

Стереомикроскоп отличается от обычного большой глубиной резкости (глубиной зрения) и значительным пространством под объективом. Предназначен для тонких работ в микроэлектронике, часовом деле и микромоделизме.

От старого CD-привода нам понадобится линза, но не та которая на виду (вы все её видели когда выезжал лоток CD/DVD привода ноутбука). Нужная нам линза находится между лазером и системой призм. Тут проще показать на фото, чем описать словами.

Лазерная головка привода CD-RW SONY и та самая линза (отмечена кружочком) Лазерная головка привода CD-RW SONY и та самая линза (отмечена кружочком)

Извлекаем линзу из держателя. Она довольно мелкая, потому крепить на iPhone 7 не очень удобно. Прихватил её к основной камере на двусторонний скотч, который использую в ремонте телефонов и планшетов (если будете повторять мой опыт не заляпайте скотчем оптический центр камеры смартфона иначе ничего не увидите). Вот такой «шедевр» получился из рубрики «я у мамы инженер»:

Крепление линзы из CD-RW привода к камере iPhone 7 — «я у мамы инженер» Крепление линзы из CD-RW привода к камере iPhone 7 — «я у мамы инженер»

Переходим к самому интересному. Посмотрим как всё это дело снимает:

Скажу так, результаты получились двоякие. С одной стороны, цель достигнута — «микроскоп» из iPhone и линзы от лазера CD-привода работает, правда практическая польза от данной поделки стремится к нулю. Получилось слишком маленькое фокусное расстояние до объекта исследования (чего и следовало ожидать).

Но это ещё полбеды. Больше всего удручает крайне малая глубина резкости. Сделать снимок на скорую руку таким образом получится при условии хорошего освещения и заранее озаботившись каким-нибудь держателем для смартфона. Снимать с рук будет не самым мудрым решением, хотя и возможно (фотки представленные чуть выше тому подтверждением).

Подобные эксперименты интересны прежде всего тем, что их может повторить каждый, а кому-то захочется побольше узнать про оптику. Лично я обязательно займусь конструированием своего стереомикроскопа. Скорее всего это произойдёт в новогодние праздники.

Подписывайтесь на канал Яндекс.Дзен и узнавайте первыми о новых материалах, опубликованных на сайте.

В наше время DVD-приводы постепенно выходят из употребления, мало кто уже покупает диски или записывает их сам, а старые диски постепенно деградируют, ведь химическое покрытие на болванках не вечное.

Но для ненужного привода есть полезное применение. Например, из него можно смастерить лазерный микроскоп на Arduino (примечание: по факту требуется две лазерные головки, то есть два ненужных привода).

Это оптический микроскоп, который использует для сканирования образца сфокусированный лазерный луч.

Cканирование осуществляется путём перемещения лазера по двум осям в координатной сетки: x и y. Словно сканер, он проходит по всей поверхности объекта — и замеряет отражённый сигнал. Изображение составляется в специальном программном обеспечении, которое объединяет воедино результаты сканирования каждой точки.

Лазерная головка CD/DVD

Например, в в проекте GaudiLabs на фото вверху микроскоп изготовлен из двух лазерных головок HD DVD. Лазер из такой головки сканирует образец, фокусировка происходит с помощью собственного фокусирующего механизма. Движение луча — с помощью отклоняющих катушек лазера в головке.

Один из вариантов лазерного микроскопа — конфокальный лазерный сканирующий микроскоп, позволяющий реконструировать трёхмерные структуры по наборам изображений на разной глубине. Конфокальные лазерные сканирующие микроскопы часто используются вместе с флуоресцентными материалами для изучения клеток и других биологических образцов.

Принцип конфокальной визуализации запатентован в 1957 году Марвином Минским, Dahn

Разрешение изображения определяется количеством измерений, сделанных в направлении x, и количеством линий в направлении y. Максимальное разрешение ограничено апертурой объектива и длиной волны лазера, как и в обычных оптических микроскопах. При сканировании флуоресцентных веществ разрешение часто ограничено силой сигнала. Его можно увеличить за счёт использования более чувствительных фотодетекторов или увеличения интенсивности освещающего лазера.

Белок бета-тубулин в клетке ресничной инфузории Tetrahymena визуализируется с помощью флуоресцентных антител. Фото получено с коммерческого конфокального микроскопа, Павел Яснос

Какое разрешение у лазерных головок CD и DVD? Очевидно, его должно быть достаточно для считывания ямок на поверхности компакт-диска, которыми кодируется информация (0 и 1).

У дисков DVD эти ямки примерно вдвое меньше по размеру, чем у CD, а у HD DVD — ещё вдвое меньше.

Ребята из швейцарской лаборатории GaudiLabs начали с проверки концепции, что прибор в принципе возможно сконструировать.

Первый прототип

Конструкция микроскопа состоит из двух лазерных головок. Первая излучает лазер и сдвигает его по оси x. На второй закреплён сканируемый образец — она движется в направлении y. Вместо фотодетектора используется простой фотодиод. Катушки контролирует схема Arduino с приводом, а изображения обрабатывает опенсорсная утилита Processing. Разрешения сканирования около 1,1 мкм (толщина человеческого волоса около 50 мкм).

Для второго прототипа была изготовлена печатная плата с микроконтроллером Arduino Micro со специальными коннекторами для лазерных головок.

Верхняя и нижняя стороны печатной платы, куда крепятся две лазерные головки (репозиторий на GitHub со схемами и программным обеспечением)

Программное обеспечение отправляет сканеру параметры сканирования и получает данные сканирования построчно. Поддерживается установка следующих параметров:

Тип лазера (ИК, красный, синий для головок CD, DVD и Blu-Ray)
Мощность лазера
Положение сканирования
Разрешение сканирования
Сенсор (A0, S1, S2, RF, DIF)
Цветовая схема и яркость

Ямки на поверхности CD-ROM, сфотографированные самодельным лазерным сканирующим микроскопом

Некоторые другие фотографии:

Сканы бактерий с разным разрешением и разными цветовыми схемами

Лазерные сканы клеток дрожжей

В данном проекте использовались головки PHR-803T из привода Xbox 360 (HD DVD).

Конечно, GaudiLabs далеко не первые, кто сделал лазерный микроскоп из оптического DVD-привода. Например, немецкий инженер Ханнес Золинер выполнил аналогичный проект в рамках своей магистерской диссертации.

Фокусировка в микроскопе Золинера

Процесс сканирования в микроскопе Золинера

На сайте Instructables есть пошаговая инструкция для Arduino по сборке.

См. также научные статьи 2016 и 2018 годов с описанием подобных установок: Hacking CD/DVD/Blu-ray for Biosensing (ACS Sens. 2018, 3, 7, 1222–1232, doi: 10.1021/acssensors.8b00340) и Generating SEL and SEU with a class 1 laser setup (конференция RADECS 2016, doi: 10.1109/RADECS.2016.8093163).

У многих сохранились дома компьютеры Amiga. Но вот дискеты к ним сохранились не у всех. Эту проблему можно решить, собрав эмулятор дисковода. О том, как сделать самому такой эмулятор дисковода для Amiga я и расскажу в этой статье.

Я долго думал, где разместить эту статью — здесь или на geektimes. С одной стороны, она касается разработки для микроконтроллеров, а с другой речь пойдёт о разработке устройства для очень старого компьютера, тема о которых находится на geektimes. Однако, на geektimes описываются сами устройства и программирование для них на их API, а здесь всё-таки, устройство собрано на почти современной элементной базе.

У некоторых дома сохранились компьютеры Amiga, кому-то такой компьютер могли просто отдать (как мне), а кто-то специально себе его купил. И иногда бывает так, что компьютер есть, но на нём нет винчестера (например, у меня на Amiga 500 его нет), а запустить что-то на нём хочется. Возиться с дискетами (которые можно записать на PC только с помощью специальных устройств) не вариант. Вот и выбирают люди эмуляторы дисководов. Сейчас их предлагается довольно много, но вот несколько лет назад таких устройств ещё почти не было. Насколько мне известно, первым эмулятор дисковода для Amiga сделал tnt23. Можно было, конечно, купить у него эмулятор, но хотелось всё-таки попробовать свои силы в создании собственного, тем более, что в попытке запустить этот компьютер я на тот момент уже создал простое устройство для записи дискет, и в целом формат дискеты проблемы не представлял. Описываемая статья была когда-то написана для журнала Dogma, но не попала в выпуск этого журнала потому, что про неё просто забыли. Однако, я знаю, здесь есть амижники и, думаю, им будет интересно прочесть, как можно сделать свой собственный эмулятор дисковода. Быть может, эта информация подтолкнёт кого-то к созданию своего устройства, гораздо более совершенного. Итак, начнём.

Описанный ниже эмулятор дисковода достаточно несложен сборке и не содержит дефицитных деталей. Проблема может возникнуть лишь с поиском 30 контактных модулей SIMM ёмкостью 1 МБ. Однако, такие модули были широко распространены и, скорее всего, их можно найти на радиорынках. На Юноне в СПб они точно были.

Список деталей для сборки:

Марка применяемых конденсаторов, диодов, резисторов, дросселя, кнопок и держателя SD-карты значения не имеет. Диоды требуются обязательно с падением напряжения на переходе не менее 0.5 В. Дисплей может быть с другими буквенными индексами.

Эмулятор подключается в разъём внешнего дисковода и позволяет воспроизводить выбранный образ дискеты. Образы дискет хранятся в корневом каталоге на SD-карте с файловой системой FAT16. Файлы создаются специальной программой-конвертером файлов ADF и представляют собой побайтные данные стандартной 80 дорожечной дискеты, закодированные с помощью MFM кодирования. Никаких заголовков такие файлы не содержат. Ввиду упрощения схемотехники эмулятор не имеет аппаратной возможности переводить линии дисковода в Z-состояние в зависимости от того выбран ли дисковод A или B. Это значит, что все дисководы Amiga требуется аппаратно отключить во время работы с эмулятором. Однако, возможность распознавать адрес дисковода теоретически предусмотрена программно – для этого требуется чтобы микроконтроллер опознавал адрес и переводил выходы в Z-состояние, если адрес не соответствует нужному. Линии для чтения адреса дисковода на схеме предусмотрены, но программно такая возможность не реализована.

Схема эмулятора (в архиве она есть в полном качестве).

Внешний вид эмулятора со стороны дисплея.

Схемотехнически эмулятор состоит из двух частей. Каждая из частей основана на микроконтроллере Atmega16. Микроконтроллер первой части занимается выводом информации на дисплей, обработкой кнопок, чтением информации с SD-карты с использованием аппаратного SPI, формированием части линий дисковода. Микроконтроллер второй части занимается регенерацией динамической памяти и формирует остальные сигналы линий дисковода. Обе части обмениваются информацией по шине SPI. Для контроллера D2 шина SPI для связи с D3 программная, а в D3 задействован аппаратный SPI.

Аппаратная часть эмулятора дисковода собирается на плате размерами 220x125 мм. Печать односторонняя, выполняется любым доступным методом, например, ЛУТ. На противоположной печати стороне платы необходимо поставить ряд перемычек проводом (отображены синими дорожками в прилагающемся файле печатной платы в формате Sprint Layout 4.0).

Программная часть эмулятора состоит из двух программ для микроконтроллеров. Программа для микроконтроллера D2 находится в папке MK1, а для микроконтроллера D3, соответственно, в папке MK2. После прошивки микроконтроллеров соответствующим HEX-файлом любым доступным способом (в том числе, для прошивки можно использовать схему “пять проводков в LPT-порт компьютера” совместно с программой программатора Uniprof), необходимо выставить FUSE-биты конфигурации контроллеров. С помощью этих битов необходимо в обоих контроллерах отключить JTAG, переключить D2 на тактирование от внешнего кварцевого резонатора 16 МГц, включить для D2 увеличенную амплитуду сигнала с осциллятора на выходе (бит CKOPT), а D3 переключить на тактирование от внешнего источника. Если ваш программатор не имеет собственного тактового генератора, контроллеры после этой операции будут недоступны для программирования. Чтобы они снова стали программируемыми потребуется подключить к XTAL1 контроллеров любой внешний генератор с частотой несколько сотен килогерц. Обязательно перед модификацией FUSE-битов считайте их с контроллера. Обратите внимание, что разные программаторы по-разному трактуют включенный и выключенный бит.

Эмулятор не требует наладки после сборки. Однако, возможно, не все модули SIMM 30 PIN будут корректно работать с ним. Для этой цели в меню эмулятора есть пункт “ТЕСТИРОВАНИЕ ПАМЯТИ”.

Для облегчения понимания работы программного обеспечения эмулятора необходимо знать следующее. На стандартной дискете Amiga хранит записанные данные по 80 дорожек с двух сторон. Каждая дорожка состоит из 11 секторов по 512 байт. Следовательно, полный объём данных дискеты 901120 байт. Именно такой объём имеют ADF-файлы образов дискет. Такой файл не содержит заголовков, а данные внутри просто перечисляются следующим образом: (дорожка 0, сторона 0), (дорожка 0, сторона 1), (дорожка 1, сторона 0), (дорожка 1, сторона 1)… (дорожка 79, сторона 0), (дорожка 79, сторона 1). Каждая дорожка — это запись 11 секторов по 512 байт начиная с 0 сектора. Для эмуляции дискеты такой файл в чистом виде не подходит. Дело в том, что ADF файл хранит только полезные данные безо всякой служебной информации и без модуляции. Рассмотрим, как осуществляется модуляция сигнала в компьютере Amiga.

Любой дисковод представляет из себя не более, чем аналог магнитофона. Он никак не кодирует записанные данные. Вы выбираете дорожку и модулируете ток (а, следовательно, и напряженность магнитного поля) через головку дисковода для записи информации. При воспроизведении в местах, где напряженность магнитного поля изменялась, дисковод считывает короткий импульс. Amiga использует при записи на дискеты модифицированную частотную модуляцию, так называемую MFM (Modified Frequency Modulation). При таком способе модуляции изменение тока через катушку зависит не только от значения записываемого бита, но и от значения предшествующих бит, как показано в таблице ниже. В графе “кодируется” R означает смену намагниченности (подачу импульса дисководу), а N — намагниченность не изменяется. В дальнейшем для записи MFM файла в бинарном формате примем R равным 1, а N равным 0. В MFM файл записываются уже на один бит данных два бита смены намагниченности. Таким образом, размер данных MFM файла по сравнению с ADF файлом будет удвоенный. Но просто преобразовать ADF в MFM нельзя. Amiga использует свой собственный формат записи на дискеты, который потребуется учесть.

Условимся номером трека называть номер дорожки на одной из сторон диска (т.е. номер трека изменяется от 0 до 79), а номером дорожки ((2*номер трека)+номер стороны диска). Номер дорожки изменяется от 0 до159, номер стороны диска изменяется от 0 до 1, номер сектора изменяется от 0 до 11.

В формате Amiga каждая дорожка содержит:

Начальный зазор (128 байт MFM кода 0x00).
Данные 11 секторов по 544 байта на сектор.
Конечный зазор (704 байта MFM кода 0x00)

Маркер начала сектора.
Идентификатор сектора (4 байта: 0xFF, номер дорожки, номер сектора, смещение сектора. Смещение сектора вычисляется как 11 минус номер сектора на дорожке.)
Метка сектора (16 байт 0x00).
Контрольная сумма заголовка (4 байта).
Контрольная сумма данных (4 байта).
Данные сектора (512 байт).

Данные секторов группируются по 2 байта, и перестановка происходит внутри этой пары аналогичным образом:

Контрольная сумма представляет собой операцию исключающее ИЛИ (XOR) всех байт данных сектора или заголовка (с учётом перестановки битов!), сгруппированных по 2 байта. Сама контрольная сумма не подвергается перестановке битов. Хотя поле для контрольной суммы 4 байтное, сама контрольная сумма получится двухбайтная.

Помимо 544 байт данных, закодированных с помощью MFM кодирования, каждый сектор содержит специальный маркер начала данных. Маркер представляет собой комбинацию нулей и единиц, которую невозможно получить MFM-кодированием. Такой комбинацией является комбинация 01000100100010010100010010001001 перед записью которой записываются 4 байта с комбинацией 10101010. Первый байт комбинации 10101010 зависит от предыдущего выданного с помощью MFM кодирования бита. Если последний выданный бит сектора был 1, то этот байт будет равен 01000100, а если там был 0, то 10101010.

Учитывая всё вышеизложенное, дорожка дискеты в формате MFM выглядит так:

Начальный зазор: 128 байт 00000000.
Маркер начала данных сектора:

10101010 (этот байт зависит от последнего записанного бита и может быть 01000100)
10101010
10101010
10101010

Проблема состоит в том, что длительность импульсов данных составляет от 0.15 до 0.8 мкс. В данном эмуляторе выбрана длительность импульсов 0.5 мкс. Это означает, что на частоте работы контроллера 16 МГц у нас будет 32 такта на бит MFM кода. За эти 32 такта микроконтроллер D3 должен производить регенерацию динамической памяти, считывание байта MFM-кода, выдачу бита смены намагниченности на линии дисковода. Чтобы уложиться в 32 такта, эта часть программы написана на ассемблере и строго выровнена по тактам. Операции чтения байта и регенерации памяти разнесены во времени. Это значит, что пока выдаётся побитно байт MFM кодирования, на каждый бит имеется 32 такта и для каждого выдаваемого бита строго определено, какие именно операции мы в эти 32 такта выполняем. Например, при выдаче бита 0 мы можем установить строку динамической памяти (сигнал RAS). При выдаче бита 1 мы можем установить столбец динамической памяти (сигнал CAS). При выдаче бита 2 мы считываем следующий выдаваемый байт данных. И так далее. Таким образом выдаётся весь образ дискеты.

Только вот забыли добавить, что если нет таланта от природы, то нужно курсы художников и дизайнеров заканчивать, авось поможет, хотя и не факт)))

я так почистил стекло!
потом новое покупал. Исцарапал всю лобовуху!
не надо так делать!

Всегда любила эти блистяшки! И мозаика-рамка на зеркале - это просто великолепно!
Давеча встал вопрос, как снять эту переливчатую плёнку с диска. Яндекс не подсказал. Пробовали так. Помню, когда взрывался диск в приводе компа - кусочки плёнки как-то отлетали сами. В общем, мы с подругой на работе и край подцепляли, и нагревали. Вышло, что если его сломать, то иголкой осторожно можно поддеть и снять. Хотела использовать плёночку для маникюра - пока не пробовала ) Вот такой эксперимент

ну хрень. вот хрень и все тут. на картинках еще ничего так, а сам сделаешь ,будешь как в бомжатнике сидеть..

Вот, по-моему, одна из немногих стоящих идей использования старых компакт-дисков.

Эх, блин.
А я-то, недавно целую стопку выкинул, да еще и разноцветных.
Мог бы украсить свой костюм, и ходил бы по улицам как Филя Киркоров, весь из себя блестящий и радужный.
Все гопники Москвы бы мне завидовали, и гонялись бы за мной. чтобы взять автограф.

Посмотрел на свою дверь со стеклом и подумал: где же взять столько компакт-дисков, чтобы закрыть все стекло?

у меня есть, только вот впадлу. да и не понятно каким клеем клеить.

объемные фигурки хороши)) Особенно птица))) Кропотливая работа

Японцы изобрели велосипед, на котором можно ездить с питомцем

Гениальность как феномен человеческой личности и психики

Монстр и девушка: излюбленная тема фильмов ужасов середины 20 века

Заратустра и его учение: что рассказывал древний пророк и как он повлиял на современный мир

Худшие из худших: пассажиры и попутчики в транспорте

В США автомобиль врезался в толпу на рождественском параде - почти 30 человек пострадали, есть.

Средневековый замок - крепость на дне Каспийского моря

Адмирал Попов рассказал о своей версии гибели подлодки "Курск", и она расходится с официальной

Путин сообщил, что ревакцинировался от коронавируса

Какая судьба была у наложницы в гареме, родившей дочь султану?

Парень потребовал от бывшей 600 тысяч, которые он на нее потратил

"Я продолжу гонять": сын Пескова прокомментировал ДТП с участием знаменитого блогера

"Люди второго сорта": преподаватель Плехановки - о непривитых студентах

Белка залезла в кормушку для птиц, объелась и застряла

В Алтайском крае поезд несколько километров тащил легковушку

В стиле Майкла Джексона: привязанный кот идет по своим делам

Суд отправил в СИЗО друга Нурмагомедова, подозреваемого в наезде на полицейского

В Солнечногорске ликвидировали мужчину, убившего свою мать и устроившего стрельбу по полицейским

Авария дня. В Казахстане пьяная женщина устроила серьёзное ДТП

«Совпадение? Не думаю!»: странные исторические совпадения, заставляющие верить.

5 привычных вещей, которые в будущем будут выглядеть иначе

Американские туристы рассказали о самых больших своих разочарованиях

"Это разве деньги?": реакция на новый прожиточный минимум в России

Протесты против ковидных ограничений охватывают весь мир

«Грань будущего» по-российски: «Магнит» тестирует экзоскелеты для грузчиков

Стереотипы о дешевой еде, которые больше не работают и полезная альтернатива

Школьники решили пощекотать себе нервы, перебегая дорогу в неположенном месте

В Шереметьево пьяный мужчина напал на охранника с «розочкой» из бутылки

В Тюмени задержка рейса в Египет 14 часов, 300 человек застряли в аэропорту

Читайте также: