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音乐控制LED灯珠跳动,你也可 以动手DIY一个!
  我们可以把音量表 看成是一种音乐系统中的均衡器。均衡器中我们可以根据音乐来看到LED灯珠的跃动,如果如果 音乐音量太大,则均衡器会达到峰值,音量太低则达到低谷。我们还可以打造一个音量表实现这一点,借助麦克风,运放和LM3914的帮助下,让  LED灯珠在音量大小的 改变下亮灭,如果音量太大,则多个LED灯珠亮起,如果音 量太低则只有个别LED灯珠亮起。音量表 同样可以用作音量检测装置。
           
  电容MIC或者说是麦克风都 是声音感应换能器,可以将声能转换为电能,因此有了这个传感器我们可以用声音来改变电压。我们一般用该设备来录音或感知声音。这种传感器在手机和笔记本中也多有用到。常见的MIC如下,
           
确定MIC的极性
  MIC有两个引脚,一个 是正极,一个是负极。MIC的极性可以通过万 用表来判断。将万用表的正极探针(将万用表设置为二极管测试模式)连接到MIC的一个引脚,负极 探针连接到另一引脚。如果万用表有度数的话,那么万用表负极探针接的是MIC的正极。还有一种 更为简单的视觉判别法,负极一般有两到三条焊锡接到外部的金属外壳上。
所需电子元器件:
运放LM358和LM3914(10位比较器)以及一 个MIC
                  
                   
  电阻:100kΩ x 2,1kΩ x 3,10kΩ,47kΩ可调电阻
                   
                   
  电容:100nF x 2,1000uF x 1,10个LED灯珠
                                               
电路图以及原理
音量表的电路原理 图如下
                
  该电路的原理很简 单;首先MIC拾取声音信号,并 将其转变为与声音强度成线性关系的电平信号,因此高音量有着高电平,低音量会生成低电平。然后电压信号通过高通滤波器来滤除噪声,滤除信号之后通过运放LM358来放大,最终将信 号通入LM3914,它的作用类似电 压表,会根据声音大小来决定亮起的LED灯珠数。我们来一 步步解释:
  1.用高通滤波器滤除 噪声
  MIC对声音很敏感,对 环境噪声也很敏感。如果不采取措施的话,放大器也会放大噪声,那么得到的结果必然是不理想的。所以我们在信号通过放大器前需要用高通滤波器来滤除噪声。这里使用的是无源RC滤波器(电阻 -电容)。该滤波器 设计起来很简单,只需一个电阻和一个电容。
  考虑到我们测量的 是音频的范围,所以滤波器的设计必须要准确,一定要考虑到滤波器的截止频率。高通滤波器通过信号的高频,将其从输入传到输出端,话句话说就是只允许通过高频,而不是滤波器规定的频率(截止频率)。高通滤波器如图所 示。
                 
  人耳所能听到的频 率范围在2-2kHz。所以我们所涉及 的高通滤波器的截止频率在10-20Hz。截止频率的计算 公式如下:
                                                          F=1/(2πRC)
  通过该公式我们可 以根据R和C的值计算出截止频 率。而我们所需截止频率为10-20Hz。
因此我们选取 R=100kΩ,C=100nF,我们就有了 16Hz左右的截止频率, 也就只允许频率高于16Hz的信号通过,出现 在输出端。这些取值并不是强制的,只是为了频率计算更为准确或者方便选型而已。
  2.声音信号的放大
  移除了噪声后,信 号就通过运放LM358来进行放大。此处 我们使用负反馈放大器来放大MIC传来的低幅度信号 ,让其达到能被LM3914所识别的等级。
  经典的负反馈连接 如下图所示。
                   
  输出电压的公式如 下,
  Vout=Vin((R1+R2)/R2),有了这个公式 就可以确定放大器的增益。
  MIC信号在μV级时,我们不能将 其直接传给电压表进行度数,因为电压表无法拾取这么低的电压。但在100增益的运放下,我 们可以将MIC的信号放大,之后 传给电压表。
  3.用LED灯珠实现音量的视 觉显示
  我们已经有了滤波 并放大后的音频信号。这个型号需要传给LM3914的LED灯珠电压表,用于 测量音频信号的强度。LM3914是10路LED灯珠的驱动显示电路。 它会根据输入电压来确定LED灯珠的亮灭。
  LM3914还有许多其它用途 ,可以改为电池保护电路或安培计电路。此处我们只讨论电压表的搭建。
  此处LM3914是一个10级电压表,意味着 在10位模式下会有多个 变式。led灯珠芯片感知到输 入电压后会与参考电压相比,我们将参考电压设为“V”。每当输入电压 身高“V/10”,我们就会多一 个LED灯珠亮起。比如当 输入电压“V/10”时,LED灯珠1会亮起,输入电压 “2V/10”时,LED灯珠2也会亮起。以此类 推。
  电路中的LM3914
  LM3914的内部电路如下。 LM3914其实就是10个比较器的组合。 每个比较器是一个运放,其负极引脚的参考的电压不断升高。
              
  因为我们参考电压 的值应基于最大测量值,运放的输出在0-4V,所以我们需要将 LM3914的参考电压设为 4V。
  参考电压有 LM3914的RefADJ引脚上的两个电阻 来决定,如下图所示。左下角同时给到了参考电压的计算公式。
                 

   而基于固定阻值来分的参考电压有 个问题,那就是需要电源改变才能改变参考电压。所以我们将R2改为47kΩ的可变电阻,这 样我们就可以随心所欲调整参考电压了。
  在4V参考电压的情况下 ,每有0.4V的升压,就会多一 个LED灯珠亮起。这就是 LED灯珠音量表的原理 了。



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