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音樂控制LED燈珠跳動,你也可以動手DIY一個!
  我們可以把音量表看成是一種音樂系統中的均衡器。均衡器中我們可以根據音樂來看到LED燈珠的躍動,如果如果音樂音量太大,則均衡器會達到峰值,音量太低則達到低谷。我們還可以打造一個音量表實現這一點,借助麥克風,運放和LM3914的幫助下,讓LED燈珠在音量大小的改變下亮滅,如果音量太大,則多個LED燈珠亮起,如果音量太低則只有個別LED燈珠亮起。音量表同樣可以用作音量檢測裝置。
           
  電容MIC或者說是麥克風都是聲音感應換能器,可以將聲能轉換為電能,因此有了這個傳感器我們可以用聲音來改變電壓。我們一般用該設備來錄音或感知聲音。這種傳感器在手機和筆記本中也多有用到。常見的MIC如下,
           
確定MIC的極性
  MIC有兩個引腳,一個是正極,一個是負極。MIC的極性可以通過萬用表來判斷。將萬用表的正極探針(將萬用表設置為二極管測試模式)連接到MIC的一個引腳,負極探針連接到另一引腳。如果萬用表有度數的話,那么萬用表負極探針接的是MIC的正極。還有一種更為簡單的視覺判別法,負極一般有兩到三條焊錫接到外部的金屬外殼上。
所需電子元器件:
運放LM358和LM3914(10位比較器)以及一個MIC
                  
                   
  電阻:100kΩ x 2,1kΩ x 3,10kΩ,47kΩ可調電阻
                   
                   
  電容:100nF x 2,1000uF x 1,10個LED燈珠
                                               
電路圖以及原理
音量表的電路原理圖如下
                
  該電路的原理很簡單;首先MIC拾取聲音信號,并將其轉變為與聲音強度成線性關系的電平信號,因此高音量有著高電平,低音量會生成低電平。然后電壓信號通過高通濾波器來濾除噪聲,濾除信號之后通過運放LM358來放大,最終將信號通入LM3914,它的作用類似電壓表,會根據聲音大小來決定亮起的LED燈珠數。我們來一步步解釋:
  1.用高通濾波器濾除噪聲
  MIC對聲音很敏感,對環境噪聲也很敏感。如果不采取措施的話,放大器也會放大噪聲,那么得到的結果必然是不理想的。所以我們在信號通過放大器前需要用高通濾波器來濾除噪聲。這里使用的是無源RC濾波器(電阻-電容)。該濾波器設計起來很簡單,只需一個電阻和一個電容。
  考慮到我們測量的是音頻的范圍,所以濾波器的設計必須要準確,一定要考慮到濾波器的截止頻率。高通濾波器通過信號的高頻,將其從輸入傳到輸出端,話句話說就是只允許通過高頻,而不是濾波器規定的頻率(截止頻率)。高通濾波器如圖所示。
                 
  人耳所能聽到的頻率范圍在2-2kHz。所以我們所涉及的高通濾波器的截止頻率在10-20Hz。截止頻率的計算公式如下:
                                                          F=1/(2πRC)
  通過該公式我們可以根據R和C的值計算出截止頻率。而我們所需截止頻率為10-20Hz。
因此我們選取R=100kΩ,C=100nF,我們就有了16Hz左右的截止頻率,也就只允許頻率高于16Hz的信號通過,出現在輸出端。這些取值并不是強制的,只是為了頻率計算更為準確或者方便選型而已。
  2.聲音信號的放大
  移除了噪聲后,信號就通過運放LM358來進行放大。此處我們使用負反饋放大器來放大MIC傳來的低幅度信號,讓其達到能被LM3914所識別的等級。
  經典的負反饋連接如下圖所示。
                   
  輸出電壓的公式如下,
  Vout=Vin((R1+R2)/R2),有了這個公式就可以確定放大器的增益。
  MIC信號在μV級時,我們不能將其直接傳給電壓表進行度數,因為電壓表無法拾取這么低的電壓。但在100增益的運放下,我們可以將MIC的信號放大,之后傳給電壓表。
  3.用LED燈珠實現音量的視覺顯示
  我們已經有了濾波并放大后的音頻信號。這個型號需要傳給LM3914的LED燈珠電壓表,用于測量音頻信號的強度。LM3914是10路LED燈珠的驅動顯示電路。它會根據輸入電壓來確定LED燈珠的亮滅。
  LM3914還有許多其它用途,可以改為電池保護電路或安培計電路。此處我們只討論電壓表的搭建。
  此處LM3914是一個10級電壓表,意味著在10位模式下會有多個變式。led燈珠芯片感知到輸入電壓后會與參考電壓相比,我們將參考電壓設為“V”。每當輸入電壓身高“V/10”,我們就會多一個LED燈珠亮起。比如當輸入電壓“V/10”時,LED燈珠1會亮起,輸入電壓“2V/10”時,LED燈珠2也會亮起。以此類推。
  電路中的LM3914
  LM3914的內部電路如下。LM3914其實就是10個比較器的組合。每個比較器是一個運放,其負極引腳的參考的電壓不斷升高。
              
  因為我們參考電壓的值應基于最大測量值,運放的輸出在0-4V,所以我們需要將LM3914的參考電壓設為4V。
  參考電壓有LM3914的RefADJ引腳上的兩個電阻來決定,如下圖所示。左下角同時給到了參考電壓的計算公式。
                 

   而基于固定阻值來分的參考電壓有個問題,那就是需要電源改變才能改變參考電壓。所以我們將R2改為47kΩ的可變電阻,這樣我們就可以隨心所欲調整參考電壓了。
  在4V參考電壓的情況下,每有0.4V的升壓,就會多一個LED燈珠亮起。這就是LED燈珠音量表的原理了。



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