使用LM3915製作的對數型LED音量顯示器 (To implement Log-type Audio Level Display with LM3915 & LEDs) (VU Meter?) @ 不務正業的Marketing

使用LM3915製作的對數型LED音量顯示器 (To implement Log-type Audio Level Display with LM3915 & LEDs) (VU Meter?)

文章日期：2013-08-14 20:09

這篇文章越寫越長試做的線路也越來越多先把內容重點摘錄如下

目前試做的線路有

1. Dual channel, 10-Step, 30dB, Audio Level Display by LM3914/LM3915 (雙聲道, 10階, 30dB, 音量顯示器)

2. Single channel, 20-Step, 60dB, Audio Level Display by LM3915 (單聲道, 20階, 60dB, 音量顯示器)

3. Dual channel, 10-Step, 30dB, 100W Audio Power Meter by LM3915 (雙聲道, 10階, 30dB, 100W功率顯示器) (8/21新增)

說破了不值錢整個LM391x系列(LM3914/LM3915/LM3916)的應用相當多但週邊線路卻是相當簡單就當我幫大家當個書僮 K完datasheet再實做驗證希望有興趣的同好可以節省一些時間呵呵

(依成本架構與線路難易度來說我猜沒有人會出套件所以有興趣的DIYer應該得要自己動手難度不高只是焊點多了點我相信會拿烙鐵的DIYer應該都可以獨立完成)

緣起

上個星期好友買了VU驅動板來試裝他手邊的VU表但卻發現VU指針擺動幅度相當小請我看看能不能稍加修改把指針擺幅增大

可以想像的是"沒說明書更沒有線路圖" 呵呵又再一次的上網搜尋與動手除錯修改

其實很多套件的技術門檻真的不高不管是怕別人抄襲還是懶的寫說明書這樣的套件販售方式都會大大傷害DIYer的信心與興趣一而再再而三的失敗都會讓人熱情消退久而久之玩DIY的人口就越來越少了

關於使用TA7332P或TA7318P所做的VU驅動板可以參考這一篇很棒的文章其中理論 / 線路圖 / Q&A 一應俱全圖文並茂這樣的套件販售才能長久才能讓人對賣家有信心

VU表電平表原理與製作使用 by 云外天 http://www.yunwt.net/1mydiy/qt21.htm

在找到這篇文章之前因為對VU表涉獵不深沒把握可以修改的好所以同時間研究有什麼方式可以來當音量顯示搜文後發現很多人使用LM3914 or LM3915來製作

運氣蠻好的 VU表的擺幅與靈敏度的修改完成了試做LM3915的LED音量顯示器一次搞定所以花時間寫了這篇文章給有需要的同好參考

(應該是世代間的差距其實以我已跨入中年的音響迷來說真的不會想到把LED音量顯示裝到音響系統 <如果是像Mcltosh"湖水藍"的VU表我還有點興趣呵呵> 但似乎很多年輕人卻相當喜歡這閃爍的LED 呵呵沒關係青菜蘿蔔各有所好只要喜歡DIY 喜歡聽音樂玩音響都是好事啦呵呵)

IC (Intgrated Circuit)的好處就是Design House選定好applications 把整個線路與元件整合到晶片裡只留下簡單的外部元件給使用者調整參數即可簡單又好用不需要太多的電學基礎只要看得懂datasheet原理與應用就可以順利完成了如上一篇的LM317只留下二支外部電阻調整電壓放大倍數而這個LM3915也只留下二支外部電阻設定Vref (reference voltage) 18隻腳的LM3915 扣掉10隻腳給LED 扣掉2隻腳給Ground 1隻腳給Vcc 剩下沒幾隻腳要設定所以要失敗還真不容易呵呵 Trust me, you can do it!

如上圖是highlight自LM3915 dataheet 這線路圖是"0V to 10 Log Display" 而我們的目的式改成音量顯示　所以紅線部分是建議修改或該注意的地方

首先檢視一下這二個公式

Vref = 1.25 * (1+R2/R1) + R2 * 80uA 其中R1=1.24K & R2=8.06K 代入公式

Vref = 1.25 * (1+8.06/1.24) + 8.06 * 80uA = 9.375 + 0.65 ~= 10V

Iled = 12.5/R1 + Vref/2.2K = 10.1 + 5.5 = 15.6mA

簡單的說 LM3914/LM3915的工作原理是內建10個比較器把輸入電壓拿來跟Vref比較(上限就是Vref) 當輸入訊號比第1個比較器的電壓高時第1顆LED就會亮起依此類推如此就可以看LED亮幾顆燈來判斷電壓高低或音量高低　(下一段會有LM3914/LM3915的Block Diagram 所以下一段再來解釋)

這張圖是用來說明LM3914/LM3915的Pin 9 - Mode Setting ("Bar Graph" & "Dot" mode)

用文字說明很難解釋看圖一下就懂

當Pin 9 - Open (空接) 就是Dot mode 就只亮該準位的那一顆LED (如圖左)

當Pin 9 - High (接到+V) 就是Bar Graph mode 就把該準位以下的LED都點亮 (如圖右)

LM3914與LM3915是pin-to-pin compatible 所以可以直接置換 但最大的差別在哪裡?

LM3914是線性等差型而LM3915是對數型

上圖用Display的結果來顯示二者的差別圖左是二顆都使用LM3915 也都輸入一樣的訊號所以顯示結果一樣都是亮8顆LED

而圖右使用一顆LM3914與一顆LM3915 在輸入一樣的訊號狀況下二者所亮的的LED燈數不一樣(LM3914亮6個LED 而LM3915亮8個LED) 下圖用Block Diagram來解釋

不確定大家對數學中的對數Log還記不記得呵呵所以先用線性的LM3914來做解釋比較容易了解

如之前所說您可以把LM3914當成內建10個比較器的IC 而10個比較器的電位差(與其串聯電阻值成正比)是線性的舉例來說如圖二的應用是0~10V的電壓顯示所以Vref設成10V 而LM3914內建的10個比較器其間距的電阻值是1K 所以Vref所對應的total電阻值是1K*10

以比較器1來說其比較電壓與電阻成正比等於Vref的1/10 而比較器2說其比較電壓等於Vref的2/10 依此類推而剛好Vref=10V 所以比較器1的比較電壓是1V 而比較器2的比較電壓是2V 依此類推...

所以當輸入訊號 1V<Vin<2V時比較器1導通所以LED1亮起相同的如果輸入訊號 5V<Vin<6V時比較器1~比較器5導通所以LED1~LED5皆亮起(Bar Graph mode) 依此類推 ...

線性的原理比較容易了解 LM3914的原理您懂了只要把"線性"改成"對數" 那LM3915您也會了解了

LM3914是線性所以適合用來製作電壓表而LM3915是對數型所以用來製作音量顯示較為適合

如果用CD Player當輸入訊號因為音樂訊號永遠在變動比較上比較困難之前提過LM3914可以當線性的電壓表所以我把輸入訊號改為DC2V

您可以看到Vin=2V 相當於Vref的62%時線性的LM3914亮6顆LED 而對數型的LM3915則亮8顆LED (此時的Vref=3.2V 而不是之前舉例的10V 請不要搞混)

為什麼? 如上一段所演繹 LM3914的第6比較器其串聯電阻值為6K 而Vref的串聯電阻值為10K 所以當Vin = 62 % * Vref時 LED1~LED6都亮起

而LM3915各比較器的串聯電阻值與Vref比較的百分比列表如下

	R1	R2	R3	R4	R5	R6	R7	R8	R9	R10
Accum. R	1	1.41	2	2.83	4	5.66	8	11.31	16	21.63
%	4.6%	6.5%	9.2%	13.1%	18.5%	26.2%	37.0%	52.3%	74.0%	100.0%

所以62% of Vref對LM3915來說已Enable了第8個比較器所以LED1~LED8都亮起

以靈敏度與相對音量的視覺效果來說我也覺得以LM3915來製作音量顯示器效果較佳

當您看到這組數字 (-20, -10, -7, -5, -3, -1, 0, +1, +2, +3) 您想到什麼?? 呵呵

就是VU表啦 (Volume Unit Meter)

這也就是LM3916的特性與主要應用 dB型與VU顯示

根據LM3916 datasheet 其實LM3916跟LM3914/LM3915也是pin-to-pin compatible 本來想買來測試與比較但說來您不相信台灣幾乎找不到西寧市場的德昌/恆茂光華商場的良興/源達/今華我都問過了大多只賣LM3915 連一顆LM3916庫存都沒有網路搜尋也沒收穫看來只好到大陸淘寶網找了待我找到LM3916再來補充吧