2.2　识别检测常用电子元件

2.2.1　单片机

全自动洗衣机中所采用的集成电路芯片，多是单片机结构。也就是将一个完整的微型计算机系统做在同一个半导体芯片上。为了理解单片机程序控制器是如何控制全自动洗衣机工作的，有必要了解一些单片机的基础知识。单片机主要由存储器（ROM和RAM）、中央处理器（CPU）及输入/输出（I/O）接口组成。

（1）存储器　存储器用于存放程序和数据，是电脑的信息库。它能把信息保存下来，又可以把存入的信息取出来而不破坏原来存入的内容，还可以重新记录新的信息，把原来存储的内容消去。它的这一作用类似于录音磁带保存声音信号的功能。

①容量　一个存储器的内部含有很多存储单元，每个存储单元都有相同的位数。每一位（bit）可以存放一个二进制数（0或1）。存储器的位数又称字长。存储器的字长可以为8位、16位、32位和64位，一般是8的倍数，所以8位字长称为一个字节（byte），即1byte=8bit。

将1024个字节简称为1kB。同理，容量为2kB表示其有2048（2 ¹¹ ）个字节。每个存储单元都要编上一个地址，存储器是按照地址存取信息的。当电脑要把一个数据存入某个单元或从某单元中取出数据时，都必须先给出该单元的地址，查到后再进行数据的存取。如同在一幢大楼中找人，必须按照他的房间号码（地址）寻找一样。

向存储器存入数据称为“写入”；从存储器中取出数据称为“读出”。对存储器执行读或写的操作称为“访问”。

②ROM和RAM ROM即只读存储器（read only memory），ROM中的信息是生产厂家在制造时采用专门的技术固化的。用户在使用时只能读出，不能写入，即使断电，所存信息也不会丢失。这类存储器常用来存放固定的程序和数据，全自动洗衣机上的各种洗涤程序便已由制造厂事先固化在单片机的ROM之中。

RAM即读写存储器（random access memory）是随机存取存储器，既可以读出，又可由用户随时写入。但一旦断电，所存的信息便丢失了，且复电后信息也不能再恢复，一般用在电脑工作时的信息暂存。

（2）CPU　中央处理器（central processing unit，CPU），是单片机处理信息的中心。它主要由运算器（ALU）、控制器及寄存器组成。

运算器能完成算术运算（加、减、乘、除）、逻辑运算（与、或、异或）和信息传递。复杂的运算是用这几种基本运算一步步地实现的，不过它的运算速度是极其迅速的。

在运算器中，参与运算的数据是从存储器中取出来的，运算结果又送回存储器。运算器的运算和存取数据的操作，都是在控制器的控制下进行的。

控制器按照一定的顺序逐条地到存储器中取出指令。每取出一条指令，先分析这条指令的内容，然后根据指令的内容向电脑的各有关部分发出命令，控制各部分的操作。一条指令执行完毕，控制器再按顺序去取下一条指令，直到程序中的指令全部执行完毕。

CPU中的寄存器可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。通用寄存器又称累加器（ACC），它用来存放CPU在处理数据过程中的必要信息。专用寄存器由指令寄存器（IR）、标志寄存器（F）、程序计数器（PC）组成。IR用来存放待译码的指令；F用来存放运算结果的特征值；PC用来指示程序运行的位置。

（3）输入/输出接口

电脑处理的信息一方面来自存储器，另一方面则来自输入/输出设备，简称I/O接口。在全自动洗衣机中，水位开关和各操作功能键的信号由I/O接口输入单片机，而单片机对信息的处理结果也要通过I/O接口传递给外部设备，如电动机、进水电磁阀、排水电磁铁及各个LED显示器等。因此，I/O接口是单片机和外部设备交换信息的通道。

将中央处理器、存储器和各种输入/输出接口作适当连接，集成在一块半导体芯片上，便构成了单片机。通常把这一实体称为硬件。但电脑执行的任何工作都必须在程序的具体安排和控制下才能进行，这种指导硬件完成一定任务的程序称为软件。洗衣机所用单片机的各种程序都已一次性地固化到内部ROM之中。

单片机的内部结构可用图2-28所示的方框图表示。图中，总线BUS是电脑内部各组成部分之间的连接线，也即电脑内部信息流动的总渠道。

（4）指令执行过程　单片机的工作过程，就是逐条执行程序中指令的周期性过程。每条指令的执行过程都分为“取指令—译码—执行”三个定时步骤。CPU按照程序计数器PC给出的地址，经总线从程序ROM中取出一条指令送至指令寄存器IR。接着由指令译码器对指令进行译码，明确指令要求完成的操作，从而产生相应的控制信号，并按一定的节拍和组合关系去控制有关部件，执行相应的操作，然后将结果的特征值送到标志寄存器F中。到此，便完成了一条指令的执行。此时，程序计数器的内容也被控制器改变，而指向下一条应执行的指令。

指令执行的实际过程是很复杂的，时间要十分精确。控制器所需要的时间节拍来自时钟电路。

对于单片机来说，通常在执行不同的任务时，可以不必更改单片机的硬件结构，只要改变一下程序，就能改变整个控制系统的功能，包括各个引出脚的控制功能。也就是说，程序赋予单片机一定的智能，需要靠软件来支持它的工作。

有关单片机在全自动洗衣机上的应用，将在以后各种具体洗衣机的结构章节中结合具体电路再进行介绍。

2.2.2　压敏电阻

为防止过电压、浪涌电压对以单片机为核心的程序控制器电路的冲击和损坏，有的洗衣机电路中采用了压敏电阻。

（1）压敏电阻的结构和原理　压敏电阻是一种多晶粒半导体器件，它的主要特点是其内电阻对外加电压非常敏感。当所承受的电压在标称额定值内时，它的电阻值几乎无穷大，而稍微超过额定值后，电阻值急剧下降，反应时间在毫微秒级。

压敏电阻的种类很多，最常用的是氧化锌（ZnO）压敏电阻，其结构如图2-29所示。它的基片是由大量的氧化锌晶粒及晶粒周围呈P型半导体性质的以氧化铋为主要成分的晶界层组成。

每个晶粒与晶界层形成一个相当于稳压二极管的PN结。很显然，基片内串联的单元越多，击穿电压也就越高；并联的单元越多，横截面积越大，允许通过的电流也就越大。压敏电阻的电路符号如图2-30所示，其中（a）是国家标准规定的符号，（b）～（e）为曾用符号及国外使用的符号。

（2）压敏电阻的伏安特性　压敏电阻的伏安特性曲线如图2-31所示。曲线呈对称性，在一定的正、负电压范围，其阻值接近于开路状态，只有微安级的漏电流流过。当电压达到一定值时，压敏电阻中的电流突然增大。它承受电流的能力非常大，而且不会导致电流的上升速率增大，不会产生续流和放电延迟现象。虽然压敏电阻的瞬时功率非常大，但平均持续功率却很小，故不能长时间工作于导通状态。在电流陡然增大的同时，使电压保持在一定值，从而使电压限制在一定值内。

（3）压敏电阻的应用实例　图2-32是小天鹅牌XQB30-8洗衣机的过电压保护电路。

压敏电阻 R _V 并联在电源变压器初级线圈的两端。电源电压正常时， R _V 阻值很大，相当于开路状态。当电源电压超过其标称电压时，压敏电阻的阻值突然变得很小，相当于将变压器初级线圈短路。由于该回路中的电流突然增大，使串联在其中的熔断器FU断开，切断程序控制器电路的电源，从而保证了电路不致损坏。

（4）压敏电阻的更换　压敏电阻的参数主要有标称电压和耐浪涌电流值，在更换时要注意这两个参数。

标称电压是指在一定的温度范围内压敏电阻两端所加的电压，其是电阻变化的最敏感点，是以流过压敏电阻的电流为1mA时得出的，单位是V。必须指出的是，压敏电阻的标称电压是峰值或直流电压值，而万用电表所测的交流电压是有效值，应乘以1.414来求出峰值。电路中，由于某种原因产生的瞬时电压或电流峰值超过正常值很多倍，而时间却很短，属微秒级，称为浪涌电压或浪涌电流。

压敏电阻能承受浪涌的最大电流称为耐浪涌电流，单位为A。一般的压敏电阻耐冲击电流均在100A以上。

家用电器采用的是交流220V电压，其峰值为311V。电路中应用的压敏电阻型号是MYG10K470V，MY表示压敏电阻，G表示用途为过压保护，10表示基片直径为10mm，K表示电压允许误差为±10％，470V表示标称电压值。

2.2.3　双向晶闸管

晶闸管是半导体晶体闸流管的简称，以前又被称为可控硅。它是一种用小电流控制大电流的半导体器件。常用的晶闸管有普通晶闸管（又称为单向晶闸管）和双向晶闸管两大类。由于晶闸管具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、使用方便等优点，因此被广泛应用到各种生产设备和家用电器上。全自动洗衣机控制电路中常以双向晶闸管作为无触点开关，实施对电动机、电磁阀等的直接控制。

双向晶闸管的内部是一个N ₁ P ₁ N ₂ P ₂ N ₃ 五层结构，它有三个电极：主电极A ₁ 、A ₂ 和控制极（或称门极）G。无论从结构还是从特性来看，都可以把它看成是一对反向并联的普通晶闸管。其结构、等效电路及符号如图2-33所示。常见双向晶闸管的外形如图2-34所示。

（1）双向晶闸管的工作原理　双向晶闸管的基本控制电路如图2-35所示。

它的主电极A ₁ 、A ₂ 与控制对象（负载）RL串联，相当于一个无触点开关。这个开关的“通”或“断”受控制极G上的信号 u _G （称为触发信号）控制。当主电极A ₂ 、A ₁ 间有电压（ u ≠0）时，在触发信号 u _G 出现的瞬间，双向晶闸管A ₂ 、A ₁ 间便会导通，相当于开关的闭合状态。而且一旦导通，即使 u _G 消失，也能保持导通状态，直到 u =0或主电极与负载串联电路中的电流减小到某一值，它才截止。截止后相当于开关的断开状态，这样便可以用控制极上的小电流信号去控制主电极回路中的大电流。

（2）双向晶闸管的应用　如图2-36是小天鹅牌XQB30-8型全自动洗衣机程序控制器中的晶闸管驱动电动机电路。

电路中，由晶闸管VS4和VS3分别控制洗衣机电动机的正、反转。即VS4导通、VS3截止时，电动机正转；VS4、VS3均截止时，电动机停止；VS4截止、VS3导通时，电动机反转。VS4、VS3导通与否是由单片机DJ2001的18脚和19脚的输出信号决定的。

在电源电压正常时，晶体管VT13处于饱和导通状态，因此VT12和VT11的发射极接地。DJ2001的18脚和19脚输出的触发信号是与电源同步的过零正脉冲。当18脚有信号输出时，经晶体管VT12电流放大后加在晶闸管VS4的控制极上，使VS4导通，电动机作正向运转；当19脚有过零脉冲输出时，经VT11电流放大后使晶闸管VS3导通，电动机作反向运转。过零脉冲消失后，在电源电压过零的瞬间，晶闸管会自动截止。

与晶闸管并联的C18、R41及C17、R39是过电压吸收电路，其作用是保护晶闸管。因为电动机属于电感性负载，晶闸管回路中的电压和电流不同相，当电流接近于零时，晶闸管自行关断，但此时交流电压瞬时值并不等于零。这一电压全部加在晶闸管两端，即晶闸管由导通状态转为截止状态时，两个主电极之间的电压由接近于0V而突然增加。这样一个变化率很大的电压会使晶闸管在控制极上无触发脉冲的情况下导通。并联了RC电路后，由于电容两端电压不会突变，可以在晶闸管关断时，使加在两主电极上的电压只能逐渐上升，大大降低了电压的变化率。

2.2.4　发光二极管和数码管

全自动洗衣机上普遍采用发光二极管（简称LED）和LED数码管作为工作状态或各种功能的显示器件。这种半导体发光器件具有功耗低、体积小、响应快、可靠性好、耐振动、驱动电路简单等优点，在各个领域中得到了广泛的应用。

（1）发光二极管　发光二极管与普通二极管一样具有PN结。在PN结加上正向电压，P区的空穴就注入N区，而N区的电子则注入P区。空穴和电子在PN结相遇而复合。在复合过程中会放出能量。所释放的能量大部分以光的形式辐射出来。它发光的颜色与所用的半导体材料有关，不同材料中的电子和空穴所处的能级不同，在复合过程中释放的能量大小也就不同。释放出的能量越大则发出光的波长越短；反之波长就长。制造发光二极管的材料常为磷砷化镓（GaAsP）和磷化镓（GaP）。

①发光二极管的分类　发光二极管的种类很多，按发光颜色来分，有红色、橙色、黄色、绿色等可见光，还有人眼看不见的红外光。按外形来分，发光二极管有圆形、矩形、符号形及组合形等，如图2-37示；按功率大小分，有小功率管（1～10mW）、中功率管（10～100mW）及大功率管（100～500mW及以上）。洗衣机上使用的一般都是直径3mm或5mm圆形及2mm×5mm矩形的小功率红色或绿色的发光二极管。

②发光二极管的测试方法　发光二极管在交直流电路中都能使用，其驱动电路十分简单。基本的驱动电路如图2-38所示。

在图2-38中，（a）为直流驱动电路，（b）和（c）都是交流驱动电路，电路中与发光二极管反向并联或正向串联的整流二极管VD1可以保护它在电源负半周时不致击穿。（d）为逻辑电平驱动电路。在驱动电流较小时，可增加一个晶体管作电流放大。在（d）中，当输入高电平“1”时，晶体管VT饱和导通，发光二极管得电发光。当输入低电平“0”时，VT截止，发光二极管断电熄灭。电路中的晶体管VT既作电子开关，又可以对控制信号作电流放大。在全自动洗衣机电路中，如单片机的输出电流较大，则采用图2-38（a）的驱动方法；有些单片机的输出电流较小，则采用图2-38（d）的方法。

一般发光二极管的两个引出脚是有差别的，较长的引脚为它的正极。由于发光二极管的正向导通电压在2V左右，所以直接用万用电表使用1.5V电池的 R ×1、 R ×10、 R ×100等各电阻挡无法测量发光二极管的引脚极性及判断它的好坏。这时，可采用一节1.5V的干电池与万用电表电阻挡串联，即用万用电表的红表棒接这节干电池的正极，然后用该干电池的负极与万用电表的黑表棒作为两个测试端来测发光二极管的两个引脚，测试时的等效电路如图2-39所示。

由于回路中的电源电压为3V，所以可以使发光二极管正向导通。测试时利用表头的内阻作为限流电阻。 R ×1挡和 R ×10挡的内阻较小，可以很明显地看到正向导通时是否发光，来帮助判断它的好坏。在测试时，必须注意的问题是万用电表的两根表棒不能同时与外接干电池的正负极相接，否则会损坏万用电表。

（2）LED数码管　数码管的种类有多种，国产全自动洗衣机上使用的一般都是七段半导体发光二极管显示器，即LED数码管。这种数码管的每一位数字由七个笔段组成，每一个笔段的发光源就是一只发光二极管。这七个笔段及一个小数点的编号如图2-40所示。

LED数码管内部电路的连接方法有两种：一种是共阳极接法；另一种为共阴极接法，如图2-41所示。

共阳极数码管内部8个发光二极管的正极已连接在一起，使用时公共阳极应接电路中的高电位，而8个笔段发光二极管的负极为控制端。当控制端得低电平信号时，对应的笔段便发光。而共阴极数码管内部8个发光二极管的负极已连接在一起，在使用时该公共阴极应接电路中的低电位点。8个笔段发光二极管的正极为控制端。当控制端得高电平信号时，对应的笔段便发光。当几个笔段同时发光时，便可显示某一个数字。如a、b、d、e、g同时亮，则显示数字“2”；a、b、c同时亮，则显示“7”。

因为LED数码管实际上是由发光二极管组成的，所以每个笔段的正向工作电压在2V左右。即要使数码管亮，驱动信号的幅度应高于2V，而且电路中一般应串联限流电阻。限流电阻的位置可接在每个控制端，使每个笔段发光时的电流控制在几毫安。有时为了简化电路，也将限流电阻接在公共阳极或公共阴极上，不过此时在显示不同的数字时，由于发光的笔段数不同，会使发光二极管中的电流略有差异。但如果限流电阻的数值取得恰当可以观察不到显示不同数字时的亮度差异。

用万用电表测试LED数码管可参照测试发光二极管的方法进行。

（3）在全自动洗衣机中的应用

①XQB30-8型全自动洗衣机中的应用　图2-42是小天鹅牌XQB30-8型全自动洗衣机的发光二极管功能显示电路。VD13～VD19分别为脱水、漂洗、洗涤三种工作状态，“普通”、“轻柔”两种水流及“标准”、“经济”两种程序的功能或状态指示器件。

R7、R9、R15～R17为限流电阻。各个发光二极管均受单片机DJ2001输出端的控制。在某个显示输出端为低电平时，则对应的发光二极管点亮。

②XQB30023型全自动洗衣机　图2-43是水仙牌XQB30-23型全自动洗衣机的LED数码管显示电路。电路中所使用的是一个2位共阴极LED数码管，其外引脚分布如图2-44所示。

由于单片机MCS8049各显示输出端输出的有效电平为低电平，所以经晶体管VT15～VT21作反相电流放大后，再去驱动各笔段的发光二极管。

MCS8049的显示控制采用动态扫描输出，即27～33脚输出的是依一定时序排列的负脉冲，而且每个显示输出控制端分别能驱动两个笔段发光。但究竟是个位数上的笔段还是十位数上的笔段发光，则由18、19脚的状态决定，这两个输出端的状态总是反相的。当18脚输出低电平、19脚输出高电平时，VT23截止、VT22饱和，十位数上的笔段显示；当18脚输出高电平、19脚输出低电平时，VT23饱和、VT22截止，则为个位数上的笔段显示。

图2-45是LED数码管显示“25”时，单片机MCS8049的18、19脚及27～33脚的波形图。

当MCS8049的18脚为低电平，19脚为高电平时，十位上的a、b、d、e、g同时亮，显示“2”，此时个位数不显示；18脚为高电平，19脚为低电平时，十位数不显示，个位数上的a、c、d、f、g同时亮，显示“5”。由于18、19脚的信号频率较高，虽然实际上是十位和个位数字轮流发光，因人眼的视觉暂留作用，看起来两者是同时亮的，即显示的数字为“25”。

2.2.5　三端稳压器

为了给单片机程序控制器电路提供一个稳定的直流电压，通常都采用稳压电路。有些电脑程序控制器采用分立元件组成的串联式稳压电路，而更多的全自动洗衣机都采用体积小、成本低、性能可靠、电路简单的三端固定式集成稳压器。

常见三端集成稳压器的外形及引脚功能见图2-46。塑料封装形式的三端集成稳压器因安装方便、价格低廉而用得最多。

输出正电压的稳压器以78××命名，其78后面的数字代表输出正电压的数值（V）。按输出电压的高低，78××系列稳压器共有7805、7806、7809、7810、7812、7815、7818、7824等多种型号。按输出的最大电流数值又可分为78L××、78M××和78××三个分系列。其中78L××最大输出电流为100mA，78M××系列为500mA，而78××系列最大输出电流可达1.5A。输出负电压的稳压器以79××命名。除输出电压的极性和引脚排列不同外，其外形和型号的含义都与78××系列相同。

（1）工作原理　78××系列稳压器的内部与一般分立元件组成的串联型稳压电路十分相似，只是增加了启动电路、恒流源及保护电路。其内部工作原理如图2-47所示。

为了使稳压器能在输入电压变化较大的范围内正常工作，在基准电压形成和误差放大部分设置了恒流源电路，由启动电路为恒流源建立工作点。RSC是过流保护取样电阻；RA、RB组成电压取样电路。其实际电路是由一个电阻网络构成的。在输出电压不同的稳压器中，采用不同的串、并联接法，形成不同的分压比，通过误差放大后去控制调整管的工作状态，以形成和稳定一系列的输出电压。

79××系列稳压器也是一种串联型稳压电源，只是属于集电极输出型电路。它的调整管处于共发射极工作状态，电压调整率比较高，其工作原理与78××系列类似。

（2）全自动洗衣机中的应用

申花牌XQB30-1T型全自动洗衣机电脑程序控制器中的电源部分电路如图2-48所示。

由电源变压器T降压后得到约9V的交流低电压，再经VD1～VD4桥式整流、C1滤波后，一路输入三端集成稳压器7805。稳压器7805输出稳定的5V直流电压，提供给单片机主控制电路，而另一路未经稳压的12V直流电压提供给继电器等。发光二极管VD5作为通电指示器件。

在检修电脑程序控制板时，如发现是三端集成稳压器损坏，一般应更换为同一种型号，尤其是输出电压值一定要相同，否则会使程序控制器不能正常工作，甚至损坏电脑芯片。

2.2.6　变压器

变压器，是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置。通常把电源输入的绕组称为初级绕组，其余的绕组称为次级绕组。变压器的识别如图2-49所示。

将万用表置于 R ×100挡检测变压器，如图2-50所示，正常变压器的初、次级绕组应为无穷大。

还有一种密封式变压器，其外观是一个完全密封的盒子状，其检测方法如图2-51所示。