自動(dòng)控制元件設(shè)計(jì)與實(shí)踐-

1、-+自動(dòng)控制元件設(shè)計(jì)與實(shí)踐題目庫(kù)題目1.波形信號(hào)發(fā)生器 1.1設(shè)計(jì)要求:1. 利用運(yùn)算放大器UA741CDa計(jì)方波和三角波發(fā)生電路。2. 使用Multisim 12.0 仿真并焊接實(shí)物電路圖3. 并測(cè)試實(shí)際電路的放大位倍數(shù)。1.2設(shè)計(jì)方案:X5C1圖1波形信號(hào)發(fā)生器Multisim仿真圖HH22 nFR4-AW-2kDR53 7UQR1VDD12V-12VvcCLsfKflysASO%DI 3C2BZ2.2-+:八 :八 :/S<1、. I-Fl > 圖1.1波形信號(hào)發(fā)生器仿真結(jié)果圖1.3器件清單:表1波形信號(hào)電路仿真器件器件及型號(hào)電路標(biāo)識(shí)數(shù)量D-30A5V12V雙組電壓輸出開關(guān)電

2、源VCC1可調(diào)電阻，50k QR11電阻，20k QR31電阻，10kQR21電阻，2kQR41電阻，2.7k QR51電容，22nFC11放大器，3554AMU1, U22齊納二極管IN5340B, 6VD1, D22題目2.可控單音頻發(fā)聲電路 2.1設(shè)計(jì)要求:利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單音發(fā)聲電路，了解聲音的產(chǎn)生過(guò)程。并在 multisim 上進(jìn)行仿真。2.2設(shè)計(jì)方案:2.3器件清單:表2可控單音頻發(fā)聲電路器件清單器件及型號(hào)電路標(biāo)識(shí)數(shù)量555 定時(shí)器，555 VIRTUALA11D-30A5V12V雙組電壓輸出開關(guān)電源V11電阻，1.0k QR11電阻，100k QR21小燈泡，

3、2.5 VX11電容，10uFC11拔碼開關(guān)S1，S22蜂鳴器 BUZZER 10 HzLS11題目3.電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路 3.1設(shè)計(jì)要求:1. 掌握電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路的工作原理及設(shè)計(jì)方法。2.3.4.5.掌握電路參數(shù)的調(diào)整方法。以上電路的實(shí)現(xiàn)所使用的放大器原件主要基于設(shè)計(jì)完成在Multisim上進(jìn)行仿真，并測(cè)試實(shí)際電路與仿真電路的誤差。從原理上分析該誤差產(chǎn)生的原因，并簡(jiǎn)控討減小誤差和優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路和方法。UA741CD電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路的功能是將輸入直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率與其數(shù)值成正比的輸出電壓，故 稱為電壓控制震蕩電路。可以認(rèn)為電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路是一種模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換電路。3.2設(shè)計(jì)方案:

4、U3R1：inQUA741CD_vi二儒V_&431 V1呂VSis = *R<lahoCl4kj2DnFKielD31N414IR1an 口vsiia VLJ1U4741CWvma-圖3電壓頻率轉(zhuǎn)換電路Multisim仿真圖圖3.1仿真波形圖1 T1 事4'時(shí)問(wèn)iSBJp.F5酒05£-2.34S VT2 *SeS.OArrs6.G27VX94SViOJilOOs0.000 VO.OCOV1時(shí)荃通道3標(biāo)底E meZ)w表膜；5忻V棗除5何=£絢2移：3砸書啼）；D誦強(qiáng)；0木甲:-+3.3器件清單:表3電壓頻率轉(zhuǎn)換電路圖原器件清單器件及型號(hào)電路標(biāo)識(shí)數(shù)量

5、電容220nFC11D-30A5V12V雙組電壓輸出開關(guān)電源V1，V2，V4， V54電阻，10k QR1, R2， R3， R4， R55齊納二極管IN5340B, 6 VD1, D42拔碼開關(guān)S11運(yùn)算放大器，UA741CDU1, U32轉(zhuǎn)換二極管，1N4148D31題目4.電流-電壓轉(zhuǎn)換電路4.1設(shè)計(jì)要求:1.2.3.4.5.6.掌握電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的工作原理及設(shè)計(jì)方法。 掌握電路參數(shù)的調(diào)整方法。電路可輸入幾毫安至幾十毫安的電流，經(jīng)過(guò)比例放大器和加法器后可輸出± 壓信號(hào)。分析設(shè)計(jì)小電流信息號(hào)源產(chǎn)生電路，并用于該實(shí)驗(yàn)。電路實(shí)現(xiàn)所用放大器基于UA741CD設(shè)計(jì)思路用Multisi

6、m進(jìn)行仿真。仿真通過(guò)后方接 入實(shí)際電路。從原理上簡(jiǎn)要分析仿真結(jié)果我與實(shí)際電路結(jié)果誤差產(chǎn)生的原因。并至少提出一種可以 優(yōu)化設(shè)計(jì)的方安。10V的電圖4電流電壓轉(zhuǎn)換電路Multisim 仿真圖4.2設(shè)計(jì)方案:1WQi-»aPU一“吟RkOFUlOfcOR51WD±V4二 11 VR11I_-Wv741FUiMtOI VI二悴¥二 11 V T 丄丄-L 卜 7*1V5-12 VIU1:It赤 IDHOrvr-+4.3器件清單:表4電流電壓轉(zhuǎn)換電路原器件清單器件及型號(hào)電路標(biāo)識(shí)數(shù) 量任意波形信號(hào)發(fā)生器 DG1022U(25MHZI11電阻，1.0k QR31電阻，10k Q

7、R1， R4， R5， R8， R9， R10， R117電位器，22k QR2 R62電阻，500 QR71電壓表，VOLTMETER VU11D-30A5V12V雙組電壓輸出開關(guān)電源V1，V2，V3，V4，V55運(yùn)算放大器，UA741CDU2, U32題目5. 555定時(shí)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路5.1設(shè)計(jì)要求:用555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，該觸發(fā)器具有一個(gè)穩(wěn)態(tài)電路和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)電路。般情況下，電路處于穩(wěn)態(tài)，外加觸發(fā)脈沖可以使電路翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)， 在暫穩(wěn)態(tài)停留一段時(shí)間后 自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。1.使用Multism對(duì)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行仿真。2. 仿真通過(guò)后在面包板上搭建實(shí)際電路。并測(cè)試實(shí)際電路與仿真結(jié)果的差異

8、。3. 對(duì)該差異進(jìn)行原理上的探討和分析。并至少提出一種可以優(yōu)化設(shè)的方案。5.2設(shè)計(jì)方案:VCC圖5 555定時(shí)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器Multisim仿真圖5.3器件清單:表5 555定時(shí)器單態(tài)觸發(fā)器原器件清單器件及型號(hào)電路標(biāo)識(shí)數(shù)量555 定時(shí)器，555 VIRTUALA11D-30A5V12V雙組電壓輸出開關(guān)電源VCC1任意波形信號(hào)發(fā)生器 DG1022U（ 25MHZV11額定電容，10 nFC1，C22電阻，45.3k QR11電阻，100 QR21題目6.多級(jí)放大電路 6.1設(shè)計(jì)要求:利用兩極共射極放大電路構(gòu)成兩級(jí)放大電路，從而熟悉兩級(jí)或多級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。會(huì)電壓放大倍數(shù)和幅頻特性的測(cè)量

9、。該實(shí)踐使用Multisim 12進(jìn)行仿真。需達(dá)到如下指電壓放大倍數(shù)Au： > 5000 （絕對(duì)值） 輸入電阻R1KQ輸出電阻RO： <3kQ通頻帶寬BW 優(yōu)于1OOHZ-1MHZ標(biāo)要求。1.2.3.4.5. 電源電壓 Vcc： +12V-20V6. 負(fù)載電阻R_: 3kQ7. 輸出最大不失真電壓：5V （峰峰值）6.2設(shè)計(jì)方案:廠X 1mVphC3Hh1mF<IpNSl皿1">U£1c&豐lufvcctOpFm'IHflXH1丄 圖6多級(jí)放大電路Multisim仿真圖6.3器件清單:表6多級(jí)放大電路原器件清單器件及型號(hào)電路標(biāo)識(shí)數(shù)量電

10、容，10卩FC11電容，1卩FC2, C3，C4，C54帶極性電容，10卩FC6, C72電阻，40k QR21電阻，4.5k QR3, R62電阻，20k QR41電阻，1k QR5, R72電阻，10k QR91任意波形信號(hào)發(fā)生器 DG1022U（25MHZV11D-30A5V12V雙組電壓輸出開關(guān)電源VCC1電位器，400k QR1, R82BJT三極管 NPN 2N3903Q1, Q2題目7.基于電磁繼電器的功率放大電路 7.1設(shè)計(jì)要求利用NPN三極管和相應(yīng)的電阻及二極管。實(shí)現(xiàn)對(duì) HK4100F電磁繼電器的驅(qū)動(dòng)。并利用已驅(qū) 動(dòng)的電磁繼電器實(shí)現(xiàn)小電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。要求電機(jī)正反轉(zhuǎn)之間要有互

11、鎖。NPN三極管型號(hào)采用 2N3903型。7.2設(shè)計(jì)方案1?VR1n+na*;爲(wèi)Q2矗 1SHE2vccCl上 O*iDDSiH-lD-DE2 QErrflf1 intfi七auo圖7.1繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖，圖中用LED代替直流小電機(jī)進(jìn)行仿真7.3器件清單表7.1基于電磁繼電器的功率放大電路用以控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)器件及型號(hào)電路標(biāo)識(shí)數(shù)量電阻，4.7k QR1, R22D-30A5V12V雙組電壓輸出開關(guān)電源VCC1BJT三極管 NPN 2N3903Q1, Q22二極管 1N4148D1, D22HK4100F電磁繼電器K1，K225V直流小電機(jī)24位拔碼開關(guān)S11題目8 PWM調(diào)制解調(diào)電路8.1設(shè)計(jì)要

12、求1.2.3.4.5.利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)脈沖寬度調(diào)制電路并使用設(shè)計(jì)的脈寬調(diào)節(jié)電路，控制發(fā)光二極管的亮度。設(shè)計(jì)思路在Multism上進(jìn)行行仿真。仿真實(shí)現(xiàn)后在面包板上搭建實(shí)際電路。 觀察實(shí)際電路和仿真電路的差異味。從原理上簡(jiǎn)要分析差異產(chǎn)生的原因。8.2設(shè)計(jì)方案圖8 PWMMultisim 仿真圖原理圖8.3器件清單表8 PWM調(diào)制解調(diào)電路器件清單器件及型號(hào)電路標(biāo)識(shí)數(shù)量555定時(shí)器U11電位器，50k QR21電容，0.01 口 FC1, C22帶極性電容，470 口 FC31電阻，1.0k QR1, R32D-30A5V12V雙組電壓輸出開關(guān)電源VCC1二極管，1N4148D1, D2, D3,

13、 D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D1111BJT 三極管 NPN 2N3903Q11LED宜色LED1, LED2, LED33題目9.差動(dòng)放大器電路 9.1設(shè)計(jì)要求:1.2.3.4.加深對(duì)差動(dòng)放大電路的工作原理、分析方法的理解與掌握 學(xué)習(xí)差動(dòng)放大電路的測(cè)試方法。了解恒流源在差動(dòng)放大電路中的作用。使用Multisim 12.0 進(jìn)行仿真并記錄：a)b)c)d)e)f)差模輸入差動(dòng)放大器的兩個(gè)輸入信號(hào)的波形。共模輸入差動(dòng)放大器的兩個(gè)輸入信號(hào)的波形。對(duì)差動(dòng)放大器電路的靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行電流分析并記錄分析結(jié)果。 對(duì)差動(dòng)放大器電路進(jìn)行頻率響應(yīng)分析并記錄分析結(jié)果。根據(jù)上述結(jié)果求出

14、差動(dòng)放大電路的差模和共模電壓放大倍數(shù) 計(jì)算出CMRR共模抑制比）9.2設(shè)計(jì)方案:XHH1i.sko樸.叭JT-+ - 彳f T04R412hD¥o2hX2IM3903LRJW 一12 VSIK«y 宮paceSO%R7R12S10QV3 _12 V<51N105.1 kAOJ圖9差動(dòng)放大電路Multisim仿真圖9.3器件清單:表9差動(dòng)放大電路原器件清單器件及型號(hào)電路標(biāo)識(shí)數(shù)量電阻，6.8k QR2, R32電阻，12k QR41電阻，2k QR5, R62電位器，100 QR71電阻，30k QR91電阻，4.7k QR11電阻，5.1k QR101電阻，62k QR

15、81D-30A5V12V雙組電壓輸出開關(guān)電源V1, V22電阻，510 QR11, R122三極管NPN 2N3903Q1, Q2, Q33撥碼開關(guān)，S11-+彩燈控制器實(shí)現(xiàn)方法多種多樣，本次設(shè)計(jì)的這臺(tái)彩燈控制器主要功能有:1.2.3.4.10.2設(shè)計(jì)方案:m=Aflit'Qmi1017«何 -審* *ktol*«>*LED*<miyr tt14WliawVTK-VJg-iat»D9*< T1 * LE»*> *LttiT jJ*-vcc* 艸VIJ_' jlWHt d斛T 丄UinitftihOnrII5 11U

16、Bt7T4JLLWW題目10.節(jié)日彩燈控制系統(tǒng)電路 10.1設(shè)計(jì)要求:可以控制8路彩燈或彩燈串。既可以向左（逆時(shí)針）移動(dòng)，也可以向右（順時(shí)針）移動(dòng)。 彩燈起始狀態(tài)可以預(yù)置?？刂齐娐放c負(fù)載（可以直接使用交流 220V的彩燈）完全隔離。設(shè)計(jì)方案基于74LS194D型芯片實(shí)現(xiàn)。與非門采用74ALS04型與非門芯片，在進(jìn)行Multism仿真需選用對(duì)應(yīng)型號(hào)。Lj vceavLui Lht un 書 1 呼彳叫 1U3IjJI'r圖11節(jié)日彩燈控制系統(tǒng)電路 Multisim 仿真圖-+10.3器件清單:題目11.智力搶答器電路11.1設(shè)計(jì)要求:表11節(jié)日采燈控制系統(tǒng)電路原器件清單器件及型號(hào)電路標(biāo)識(shí)

17、數(shù)量74LS移位寄存器，74LS194NU1， U22四聯(lián)開關(guān)DSWPK_4S1，S22拔位開關(guān) DIPSW11，S42紅色 LED燈, LED_redLED1, LED2 LED3,LED4, LED5 LED6,LED7, LED88反向器芯片，74ALS04NU41電阻，1k QR1，R2，R3，R4，R5, R6，R7，R8，R17， R1810電阻，1 QR9, R10， R11，R12, R13，R14，R15, R168D-30A5V12V雙組電壓輸出開關(guān)電源VCC1任意波形信號(hào)發(fā)生器 DG1022U （25MHZV11撥碼開關(guān)S31搶答器可供四名參賽選手使用，編號(hào)為1-4，各隊(duì)

18、分別用一個(gè)按鈕控制（S1-S4），并設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清零和搶答控制開關(guān) S,該開關(guān)由主持人控制。搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能，并將鎖存數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來(lái)，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出間歇式聲響，主持人清零后，聲音提示停止。1.2.-+3.4.5.6.7.搶答先后的分辨率為1ms開關(guān)S作為清零及搶答控制開關(guān)，當(dāng)開關(guān) S被按下時(shí)，搶答電路清零，松開則允許搶 答。輸入搶答信號(hào)由搶答按鈕（S1-S4）實(shí)現(xiàn)。有搶答信號(hào)輸入（按鈕S1-S4中的任意一個(gè)開關(guān)被按下）時(shí)，顯示出相對(duì)應(yīng)的組別號(hào) 碼，此時(shí)再按下其他任何一個(gè)搶答器開關(guān)均無(wú)效，指示燈依舊“保持”第一個(gè)開關(guān)按 下時(shí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。使用Multisim進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，仿真通

19、過(guò)后在面包板上搭建實(shí)際電路。并對(duì)比仿真結(jié)果 與實(shí)際效果之間的差異。試從原理上對(duì)差異作簡(jiǎn)要份析。以上電路設(shè)計(jì)基于74LS175N實(shí)現(xiàn)。11.2設(shè)計(jì)方案:VCCSi.if = 132*fl-i3S*4O- CU1474L3175 N-AVv-11.3器件清單:R1 -VA- I.QIcQR21RJ130H4 -AAA- II iQfcauu74LSZ1NXI2.3 VKJ2.5 V-ft2.5 V*2.5 VLq I fr-5 fl-圖12智力搶答器電路Multisim仿真圖表12智力搶答器電路原器件清單器件及型號(hào)電路標(biāo)識(shí)數(shù) 量D觸發(fā)器芯片，74LS175NU11與非門芯片，74LS00NU21四

20、輸入與門芯片，74LS21NU31拔位開關(guān)3，S1， S2，S4，S54D-30A5V12V雙組電壓輸出開關(guān)電源VCC1電阻，1.0k QR1， R2， R3，R4，R55任意波形信號(hào)發(fā)生器 DG1022U（ 25MHZV11小燈泡，2.5 VX1, X2 , X3 , X4題目12. 555彩燈控制電路12.1設(shè)計(jì)要求:彩燈控制器實(shí)現(xiàn)方法多種多樣，本次設(shè)計(jì)的這臺(tái)彩燈控制器主要功能有:1.2.3.4.5.6.7.可以控制8路彩燈或彩燈串。既可以向左（逆時(shí)針）移動(dòng)，也可以向右（順時(shí)針）移動(dòng)。 彩燈起始狀態(tài)可以預(yù)置。控制電路與負(fù)載（可以直接使用交流 220V的彩燈）完全隔離。用555定時(shí)器設(shè)計(jì)信號(hào)

21、發(fā)生器。需實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方案需在Multisim上進(jìn)行仿真，仿真通過(guò)后再在面包板上搭建實(shí)際電路 圖。其具體實(shí)現(xiàn)要求基于移位寄存器，74LS194N型芯片。12.2設(shè)計(jì)方案:Ts士 j1-WV君叵gs.!£丄“T霜 vnnjM.SK二 s圖13 555彩燈控制系統(tǒng)電路Multisim 仿真圖IIJ 3g卜a 5茫3 5茨3注£ 3y=2y 淨(jìng)盤蠱：LH :UV -曲層懇層直 .X冬怎懇一注.41- G r-AA £ J - fc ; 712.3器件清單:表13 555彩燈控制系統(tǒng)電路原器件清單器件及型號(hào)電路標(biāo)識(shí)數(shù)量電阻，1k QR1, R2 , R3, R4 , R5

22、, R6 ,R7, R8, R17,R1810電阻，1 QR9, R10, R11 , R12, R13 , R14, R15, R168D-30A5V12V雙組電壓輸出開關(guān)電源VCC1撥碼開關(guān)S31555 定時(shí)器，555 VIRTUALA11電容器，0.01 口 FC1, C22電阻，1.0k QR191電位器，1k QR211電阻，8k QR20,R222移位寄存器，74LS194NU1, U22撥碼開關(guān)S1, S22撥碼開關(guān)1, S42紅色 LED.LED_redLED1, LED2, LED3, LED4, LED5 LED6, LED7, LED88反向器芯片，74ALS04NU41

23、開關(guān)二極管，1N4148D1, D22題目13.直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)電路 13.1設(shè)計(jì)要求:1.2.3.4.5.設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電路。使用Multisim 進(jìn)行仿真并記錄電路波形。 輸出電壓在+3V至+9V之間可調(diào)。最大輸出電流為800MA輸出電壓變化量小于5MV13.2設(shè)計(jì)方案:圖14.1直流穩(wěn)壓電源示波器觀察圖13.3器件清單:表14直流穩(wěn)壓電路原器件清單器件及型號(hào)電路標(biāo)識(shí)數(shù)量任意波形信號(hào)發(fā)生器 DG1022U( 25MHZV11帶極性電容，2200 口 FC11電阻，6.2k QR11電位器，200 QR21電阻，270 QR31電阻，200 QR4, R52電極性電容，470 口 FC21電阻

24、，100 QR61電壓表，VOLTMETER VU11開關(guān)二極管，1N4148D1, D2, D3, D44達(dá)林頓復(fù)合晶體管 NPN 2SD1861Q11BJT三極管 NPN 2N3903Q21齊納二極管，BZV60-B9V1D51拔位開關(guān)S21題目14.11.2.3.4.5.基于74LS161分別設(shè)計(jì)60進(jìn)制25進(jìn)制24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 各進(jìn)制計(jì)數(shù)器之間可以使用開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。結(jié)果在數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。設(shè)計(jì)原理圖使用Multisim進(jìn)行仿真。若要用到放大器則使用UA741CD型。14.2設(shè)計(jì)方案U7DCO HEX八ER-L-AJ-U1丄rr4LS1«lM7LS&*DLI6DCD HEXTi|t石U Mlscidd74L$161N型1_=_1J VU3xactZQhQ741二世V2V1n<«Di圖15多進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)之 24進(jìn)制示例原理圖14.3 器件清單表18.3多進(jìn)制計(jì)數(shù)器原件清單表器件及型號(hào)電路標(biāo)識(shí)數(shù)量D-30A5V12V雙組電壓輸出開關(guān)電源V