Схема светодиодного индикатора уровня звукового сигнала на LM3915

LM3915 – интегральная микросхема (ИМС) производства компании Texas Instruments, реагирует на изменение входного сигнала и выдает сигнал на один или сразу несколько своих выходов. Благодаря своей конструктивной особенности, ИМС получила широкое распространение в схемах индикаторов на светодиодах. Так как светодиодный индикатор на основе LM3915 работает по логарифмической шкале, он нашёл практическое применение в отображении и контроле уровня сигнала в усилителях звуковой частоты.

Не стоит путать LM3915 с её родственниками LM3914 и LM3916, которые имеют аналогичное расположение и назначение выводов. ИМС серии 3914 обладает линейной характеристикой и идеальна для измерения линейных величин (ток, напряжение), а ИМС серии 3916 является более универсальной и способна управлять нагрузкой разного типа.

Краткое описание LM3915

Нестандартное применение

Индикатор с применением lm3914 можно использовать в качестве компактного тестера малогабаритных батареек и аккумуляторов.

Напряжение питания такой схемы от 5В до 12В. Удобно питать от «Кроны» либо четырёх батареек ААА.

Конденсатор С1 — 50 мкФ 25В, подтягивающий резистор R1 – 1Мом. R2, R3 – по 4,7-5кОм. Диапазон измерений у схемы 1В с градацией 0,1В. R2 регулирует диапазон измерений, R3 – ток светодиодов. Если отключить выход 9, индикация будет «столбиком», но питающее элементы быстро разряжаются.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:)

Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)

Схема индикатора звука и принцип её действия

Резистивный делитель, собранный на R3, R4 и R7 ограничивает уровень входного сигнала. Более точная настройка осуществляется многооборотным подстроечным резистором R4. Резистор R9 задает смещение для верхнего уровня (вывод 6), точное значение которого определяется сопротивлением R6. Нижний уровень (вывод 4) присоединяется к общему проводу. Резистор R5 (вывод 7,8) увеличивает величину опорного напряжения и влияет на яркость светодиодов. Именно R5 задаёт ток через светодиоды и рассчитывается по формуле:

R5=12,5/ILED, где ILED – ток одного светодиода, А.

Индикатор уровня звука работает следующим образом. В момент, когда входной сигнал преодолеет порог нижнего уровня плюс сопротивление на прямом входе первого компаратора, засветится первый светодиод (вывод 1). Дальнейшее нарастание звукового сигнала приведёт к поочерёдному срабатыванию компараторов, о чём даст знать соответствующий светодиод. Во избежание перегрева корпуса ИМС, не следует превышать ток LED более 20 мА. Все-таки это индикатор, а не новогодняя гирлянда.

Цоколёвка газоразрядных индикаторов серии ИН

А – анод, Э – экран, К – катод, Кв – вспомогательный катод, А0 – анод нулевой, А1-А4 – группа анодов, Ап – анод последний.

Печатная плата и детали сборки

• R1, R5 R8 – 1 кОм;
• R2 – 100 Ом;
• R3 – 10 кОм;
• R4 – 50 кОм, любой подстроечный;
• R6 – 560 Ом;
• R7 – 10 Ом;
• R9 – 20 кОм.

Конденсаторы С1, С2 – 0,1 мкФ. ИМС LM3915 рекомендуется запаивать не напрямую, а через специальную панельке для микросхемы. В нагрузке можно применить ультраяркие LED любого цвета свечения, вплоть до фиолетового. Но это уже личные эстетические предпочтения. Для отображения стереосигнала потребуются две одинаковые платы с независимыми входами. Более подробные данные о LM3915 можно найти в техническом описании здесь.

Работоспособность данного индикатора доказана на практике многими радиолюбительскими кружками и по-прежнему выпускается в виде наборов МастерКит.

Из чего собрать светодиодный индикатор уровня?

За основу могут быть взяты аналого-цифровые преобразователи (АЦП) LM3914-16. Эти микросхемы способны управлять как минимум 10 диодами, а при добавлении новых чипов количество лампочек может увеличиваться практически до бесконечности. Индикатор может иметь любой цвет, а над исполнением корпуса лучше подумать заблаговременно, чтобы потом это не стало неожиданностью.

LM3914 имеет линейную шкалу, которая может также использоваться для измерения напряжения, а 15 и 16 – логарифмическую, но при этом цоколевка у микросхем ничем не отличается.

Светодиоды при этом могут быть любыми, импортными или отечественными, главное, чтобы они подходили для выполнения поставленной задаче. Например, можно использовать простейшие диоды АЛ307, но можно и более сложные.

Предисловие

На изготовление индикаторов выходной мощности для своего УНЧ я выбрал схему на транзисторах. Вы спросите: а почему не на микросхемах? — постараюсь объяснить плюсы и минусы.

Из плюсов можно отметить то, что собирая на транзисторах можно максимально гибко отладить схему индикатора под нужные вам параметры, выставить нужный диапазон индикации и плавность реакции как вам нравится, количество ячеек индикации — да хоть сотня, лишь бы терпения хватило на их регулировку.

Также ожно использовать любое питающее напряжение(в пределах разумного), спалить такую схему очень сложно, в случае неисправности одной ячейки можно быстро все исправить. Из минусов хочу отметить то что на наладку данной схемы по своим вкусам придется потратить немало времени. Делать на микросхеме или транзисторах — решать вам, исходя из ваших возможностей и потребностей. Индикаторы выходной мощности собираем на самых распространенных и дешевых транзисторах КТ315. Думаю, каждый радиолюбитель хоть раз в своей жизни сталкивался с этими миниатюрными цветными радиокомпонентами, у многих они валяются пачками по несколько сотен и без дела.

Рис. 1. Транзисторы КТ315, КТ361

Шкала моего УНЧ будет логарифмическая, исходя из того что максимальная выходная мощность будет порядка 100Ватт. Если сделать линейную то при 5 Ваттах ничего не будет даже светиться или же придется делать шкалу на 100 ячеек. Для мощных УНЧ нужно чтобы между мощностью на выходе усилителя и количеством светящихся ячеек была логарифмическая зависимость.

Измеритель уровня звука на ATMega328/Arduino и OLED

В данной статье представлен один из самых важных инструментов в микшировании звука. Измеритель уровня звука на основе микроконтроллера Arduino/AVR. Этот проект служит для демонстрации того, как знание электроники может быть применено для создания решений в любой части повседневной жизни.

Измеритель уровня звука или стандартный индикатор громкости, как его иногда называют, — это устройство, которое отображает уровень аудиосигнала. По сути, это базовый вольтметр (оснащенный схемой для преобразования звука в напряжение), который берет простое среднее значение сигнала и отображает его со временем атаки и срабатывания около 300 мс. Изначально он был спроектирован как измеритель громкости, а не как измеритель пиков, но обычно он используется в аудиозаписи, чтобы обеспечить ее качество.

Данная версия основана на проекте, начатым Adam Ples на Github, и использует AVR ATMega88/168/328 (и ATMega48, если это возможно), что делает его совместимым с платами Arduino, такими как Uno, Nano и Due. Проект был доработан для использования в нем небольшого монохромного OLED-дисплея на основе драйвера SSD1306 или SH1106.

Возможности этой версии измерителя звука:

— 2 канала измерения; — Точность максимально приближена к реальной спецификации измерителя; — Высокий FPS, 60+, избавляет от видимых скачков стрелки, как это обычно бывает в других конструкциях.

Как это устроено

Простая блок-схема показывает, как работает устройство:

Аналоговый интерфейс принимает аудиосигнал и пропускает его через блок выпрямителя, после чего сигнал пропускается через балластный блок, который настроен для удовлетворения весьма специфических баллистических характеристик измерителя уровня громкости. Затем сигнал поступает в АЦП микроконтроллера, который преобразует его в данные для отображения на OLED.

Обязательные компоненты/спецификация

Из-за сложности конструкции, монтаж его на макетной плате будет сложным для большинства любителей, проект построен на печатной плате, а используемые компоненты были оптимизированы для этой цели. Например, вместо использования выводных компонентов использовались компоненты SMD. Спецификация будет доступна в разделе загрузки, но здесь приведен подробный список используемых компонентов:

Эти компоненты легко доступны и могут быть куплены в большинстве магазинов электронных компонентов.

Чтобы сделать проект простым в использовании, измеритель уровня громкости был разработан как автономный модуль или как шилд, совместимый по выводам для подключения к платам, таким как Arduino Uno. Как упоминалось ранее, сложность проекта делает его утомительной задачей для реализации на макетках, поэтому схемы и проект печатной платы будут разделены в этом описании, а также прикреплены к файлам в разделе загрузки. Схемы и печатные платы были разработаны с помощью Eagle, поэтому вы можете изменять их по своему усмотрению.

Автономный модуль, схема и печатная плата

Схема для модуля показана на рисунке ниже. Схема довольно большая, поэтому вам может потребоваться увеличить масштаб, чтобы правильно увидеть, как подключены компоненты.

Изображение ниже представляет печатную плату измерителя после того, как все компоненты были размещены. Файл макета ПП прикреплен в разделе загрузки, вы можете редактировать и вносить изменения в расположение по своему желанию.

Шилд для Arduino
Шилд измерителя уровня громкости предназначен для работы с Arduino Uno и должен работать с другими платами, совместимыми с Uno. Схема для шилда показана на рисунке ниже:

Преобразовав схему в макет ПП, мы получим изображение ниже:

Программное обеспечение
Исходный код проекта предоставлен в папке src в разделе загрузки. Чтобы прошить вашу плату с помощью кода, вам нужно собрать hex-файл из файлов в исходной папке.

Для создания hex-файла из исходного кода вам понадобятся следующие инструменты:

Avr-GCC GNU make Python 2.7 или 3

Для пользователей Windows можно использовать этот дистрибутив GCC и использовать инструкцию отсюда: https://blog.zakkemble.co.uk/avr-gcc-builds/. Перед компиляцией убедитесь, что вы ознакомились со всеми файлами в папке src, возможно некоторые файлы придется модифицировать для адаптации проекта к вашим конкретным потребностям. Например, файл config.h в исходной папке (src/config.h) содержит все настройки проекта, и вам может потребоваться изменить его и выполнить такие действия, как изменение типа контроллера OLED в соответствии с используемым OLED. Также может понадобиться изменить содержимое Make-файла, чтобы установить используемый вами микроконтроллер и частоту генератора (F_CPU).

Чтобы создать hex-файл необходимо:

Установить Avr-GCC и другие инструменты, открыть терминал (или командную строку) на своем ПК, перейти в папку, содержащую все файлы проекта, включая «src», с помощью команды cd, затем выполнить команду make:

$ make all

Инструмент создаст файл main.hex в папке сборки. Этот шестнадцатеричный файл может быть использован для прошивки вашего устройства.

Хотя перепрошивка автономного модуля с помощью hex-файла может быть довольно легко достигнута благодаря таким инструментам, как Atmel Studio, случай для шилда совершенно другой и перепрошивка платы Arduino hex-файлом становится немного сложнее, так как эта функция не является частью Arduino IDE.

Чтобы решить эту проблему и прошить плату Arduino hex-файлом, мы будем использовать инструмент под названием xLoader. XLoader — это простой инструмент, который позволяет легко прошивать плату Arduino hex-файлами. Он имеет простой пользовательский интерфейс, который позволяет выбрать файл, установить COM-порт, скорость передачи, а также имеет кнопку загрузки. Единственный недостаток этого инструмента — он доступен только для ПК с Windows.

Загрузите и установите xLoader, доступен в разделе загрузки, затем подключите плату Arduino к компьютеру, выберите сгенерированный hex-файл, как показано ниже, выберите COM — порт, установите скорость передачи в бодах, соответствующую скорости вашего Arduino, и нажмите «Upload»:

Этот же процесс можно использовать для прошивки автономного модуля измерителя уровня громкости с помощью hex-файла.

Демонстрация

Загрузив hex-файл, подключите источник звука к одному или обоим аудиоканалам. Вы должны увидеть, как стрелка на измерителе отклоняется в соответствии с уровнем громкости аудиоисточника.

То же самое для модуля. После того, как hex-файл будет загружен, подключите к нему источник звука и вы должны увидеть соответствующее движение стрелки.

Видео работы устройства

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: