使用LM3914和LM358構建一個LED VU表

我們可以將音量計視為音樂系統(tǒng)中存在的均衡器。在其中我們可以看到根據音樂跳舞的燈光 （LED），如果音樂響亮，均衡器會達到其峰值，而在低音樂中它會保持低電平。我們還構建了一個音量表或VU 表，在 MIC、OP-AMP和 LM3914 的幫助下，它根據聲音的強度點亮 LED，如果聲音低，較小的 LED 會發(fā)光，如果聲音高更多LED 會發(fā)光，最后檢查視頻。VU 計也可用作體積測量設備。

電容式麥克風或麥克風是一種聲音傳感換能器，它基本上將聲能轉換為電能，因此使用這種傳感器，我們可以將聲音作為電壓變化。我們通常通過這個設備記錄或感知聲音。該傳感器用于所有手機和筆記本電腦。典型的 MIC 看起來像，

確定電容麥克風的極性：

MIC有兩個端子，一個是正極，另一個是負極。可以使用萬用表找到麥克風極性。將萬用表的正極探頭（將儀表置于二極管測試模式）將其連接到 MIC 的一個端子，將負極探頭連接到 MIC 的另一端子。如果您在屏幕上獲得讀數，則正極 （MIC） 端子位于萬用表的負極端子?；蛘吣憧梢院唵蔚赝ㄟ^查看找到端子，負極端子有兩個或三個焊接線，連接到麥克風的金屬外殼。這種從負極端子到其金屬外殼的連接性也可以使用連續(xù)性測試儀進行測試，以找出負極端子。

所需組件：

運算放大器 LM358 和 LM3914（10 位比較器）和一個 MIC（見上文）

100KΩ電阻（2個），1K Ω電阻（3個），10KΩ電阻，47KΩ電位器，

100nF電容（2個），1000μF電容，10個LED，

面包板和一些連接線。

電路圖和工作說明：

VU表的電路圖如下圖所示，

VU表電路工作簡單；首先，MIC 拾取聲音并將其轉換為與聲音強度成線性關系的電壓電平。因此，對于較高的聲音，我們將具有較高的值，而對于較低的聲音，我們將具有較低的值。然后將這些電壓信號饋入高通濾波器以濾除噪聲，然后將濾波后的信號通過運放LM358放大，最后將這些濾波和放大的信號饋入LM3914，LM3914用作電壓表并根據發(fā)光二極管發(fā)光聲音的強度。現在我們將逐一解釋每個步驟：

1. 使用高通濾波器去除噪音：

MIC 對聲音和環(huán)境噪音非常敏感。如果不采取某些措施，放大器會隨著音樂放大噪音，這是不可取的。因此，在進行放大器之前，我們將使用高通濾波器濾除噪聲。這里的這個濾波器是一個無源 RC 濾波器（電阻-電容）。它易于設計，由單個電阻器和單個電容器組成。

由于我們正在測量音頻范圍，因此必須準確設計濾波器。設計電路時必須牢記高通濾波器的截止頻率。高通濾波器允許從輸入到輸出的高頻信號通過，換句話說，它只允許頻率高于濾波器規(guī)定頻率（截止頻率）的信號通過。電路中顯示了一個高通濾波器。

人耳可以選擇 2-2Khz 的頻率。因此，我們將設計一個截止頻率在 10-20Hz 范圍內的高通濾波器。

高通濾波器的截止頻率可以通過公式找到，

F = 1/ （2πRC）

通過這個公式，我們可以找到所選截止頻率的 R 和 C 值。這里我們需要一個介于 10-20 Hz 之間的截止頻率。

現在對于值或 R = 100KΩ，C = 100nF，我們將在 16Hz 附近設置截止頻率，它只允許頻率高于 16Hz 的信號出現在輸出端。這些電阻器和電容器值不是強制性的，可以使用方程式來獲得更好的精度或便于選擇。

2、聲音信號的放大：

去除噪聲元素后，信號被饋送到運算放大器 LM358 進行放大。OP_AMP 代表“運算放大器”。這由帶有三個 IO（輸入輸出）引腳的三角形符號表示。我們不打算在這里詳細討論這個問題。您可以通過LM358 電路了解更多詳細信息。在這里，我們將使用運算放大器作為負反饋放大器來放大來自 MIC 的低幅度信號，并將它們帶到可以被 LM3914 拾取的水平。

負反饋連接的典型運算放大器如下圖所示。

輸出電壓的公式為

Vout = Vin （（R1+R2）/R2）。通過這個公式，我們可以選擇放大器的增益。

對于 μVolts 的 MIC 信號，我們不能將其直接饋送到電壓表進行讀取，因為電壓表實際上不可能選擇這些低電壓。使用增益為 100 的運算放大器，我們可以放大來自 MIC 的信號，并將其進一步饋送到電壓表。

3. 使用 LED 直觀表示聲級：

所以現在我們有了過濾和放大的音頻信號。來自運算放大器的經過濾波的放大音頻信號被提供給LM3914 芯片 LED 電壓表，用于測量音頻信號的強度。LM3914 是一款根據聲音/電壓強度驅動 10 個 LED 的芯片。該 IC 根據輸入電壓值以 LED 照明的形式提供十進制輸出。最大測量輸入電壓取決于參考電壓和電源電壓。這個單芯片設備可以通過某種方式進行調整，我們可以通過這種方式對運算放大器的模擬值進行可視化表示。

LM3914芯片有很多特點，可以修改成電池保護電路和電流表電路。但這里我們只討論有助于我們構建電壓表的功能。

LM3914 是一個 10 級電壓表，這意味著它可以顯示 10 位模式的變化。芯片將測量輸入電壓作為參數進行感應，并與參考電壓進行比較。假設我們選擇“V”作為參考，現在每當測量輸入電壓上升“V/10”時，我們就會有一個更高值的 LED 發(fā)光。就像我們給“V/10”，LED1會發(fā)光，如果我們給“2V/10”，LED2會發(fā)光，如果我們給“8V/10”，LED8會發(fā)光。因此，音樂音量越大，視覺 LED 顯示越多（LED 發(fā)光越多）。

電路中的LM3914 IC：

LM3914的內部電路如下圖所示。LM3914基本上是10個比較器的組合。每個比較器都是一個運算放大器，在其負端獲得參考電壓。

正如所討論的，應根據最大測量值選擇參考值。OP_AMP 的輸出最大為 0-4V。所以我們需要選擇LM3914的參考電壓為4V。

參考電壓由連接在 LM3914 的 RefADJ 引腳上的兩個電阻器選擇，如下圖所示。下圖也給出了有關參考電壓的公式（取自其數據表），

現在，基于電阻分壓的電壓參考存在一個問題，它在某種程度上取決于電源電壓。所以我們用一個47KΩ的電位器代替了恒定電阻R2，如電路圖所示。鍋就位后，我們可以根據方便調整參考。

以 4V 為基準，根據聲音強度每增加 0.4V，高意義的 LED 就會亮起。LED 的測量級別如下：

+0.4V、+0.8V、+1.2V、+1.6V、+2.0V、+2.4V、+2.8V、+3.2V、+3.6V、+4.0V。

所以在 Nutshell 中，當有聲音時，MIC 會產生代表這些聲波幅度的電壓，這些來自 MIC 的信號會被 RC 濾波器過濾。濾波后的信號被饋送到運算放大器 LM358 進行放大。這些濾波和放大的 MIC 信號被提供給電壓表 LM3914。LM3914 比較器電壓表根據給定信號的強度點亮 LED。因此我們有了聲音測量儀器，還有音量計。