LED电平表 可改音频频谱显示

②软连接法： 使用导线、铜线、跳线、剪下来的电阻腿等任意导体，将两板之间相邻的连接器连接在一起。同样只连接上 面提到的7对连接器。 （两种方法各有利弊：硬连接法操作简单，但需要细心，连接时要尽可能保持所有板子在同一平面上，利于 以后往器材上固定，且连接之后不能受太大扭曲力否则有损坏连接处的可能；软连接法焊接比较麻烦，但板间相 对位置更自由，甚至可以把多个扩展板安装在器材的一个曲面上，尽情发挥无限创意。缺点是接下来的装配过程 中注意不要频繁弯折连接处，避免导线折断）
3、把那种双排座的脚拔掉（很容易拔的），用来定位 LED，可以使 LED 很整齐。 4、LED 间最好自己另加隔光措施，效果会更好，可以用黑色记号笔把所有 LED 侧面涂黑。或者把不透光的 纸粘在 LED 之间等。 5、板子是硬画的，没弄什么网络表。模拟部分走线尽量一点接地。数字部分尽量最短走线。 6、安装固定螺丝时需要在板子两面垫绝缘的垫片，因为设计太紧凑，走线和螺丝孔距离太近。 7、每个扩展板上的 LM3914的 MODE 脚交给它的上一位扩展板来控制，能最优利用板子空间。 8、每个扩展板都预留了4053的位置，但每三个扩展板装一个即可，其余的空着不装 ================================================================================================= 板子到了，开始安装：（以双40段为例） 准备工作： 1、需要烙铁、松香、焊锡等基本工具，要求有一定的焊功，烙铁最好接地。 2、需要万用表（最好是数字的），档次无要求，830都可以，但要熟练基本使用。 3、带着充足的信心及平和的心态。 4、释放身上的静电，可以摸接地的金属机箱、水管等 模块概况：由一块主板（正方形）和若干块扩展板（长方形）组成。把他们连接在一起并适当的设置跳线， 装好元件，就能实现带峰值保持的电平指示。每个扩展板增加双10段显示。 第一大步：将主板和扩展板连接在一起： 1、把所有的 pcb 带有“JAGGY STUDIO”字样的面面向自己，并把主板放在最左边，扩展板依次向右排列， 排成一横行，准备连接。
模块化双通道峰值保持 LED 电平表
平时很喜欢听音乐，也喜欢那种随着音乐节奏跃动的电平表，所以打算自己 diy 个绚烂点的电平表。 由于我对指针的那种不是很感冒，觉得反应速度没 LED 快，就决定做 LED 的。 初步的打算是做个显示段数多一点的，至少要双三十段以上，最好能带峰值保持功能（就是瞬间达到的电平 最高点的 LED 灯稍缓慢往下掉落的效果） 想要达到这个效果，全分立（一串二极管串联分压那种）肯定不行，用一堆运放做成比较器电路麻烦也难以 实现“峰值”的效果，所以决定用专门的 LED 驱动 ic。 经过搜索，常用的找到 TA766*，KA228*，LB140*，LM391*等系列的。通过查看每个 IC 的 datasheet（数 据表），发现 LM391*系列有两种显示模式：dot/bar（点/条），可以通过一个引脚的电平来控制，正好符合我需 要。而且单个 IC 能驱动10个 LED，其他 IC 都不完全符合要求。因此决定使用这个系列。
2、将所有的 pcb 连接在一起，利用每个 pcb 的两个边缘的焊盘进行连接（以下简称“板边连接器”）。这 里有“硬连接”、“软连接”两种连接方式，请任选一种适合自己的方法：
①硬连接法： a、定位：把两个40p 双排针座插在在扩展板 pcb 下面、两行 LED 的位置上（注意只是插在那里，不要焊上）， 使扩展板之间的相互位置大致确定；（这样能使装配完成之后的 LED 排列更整齐） b、用堆锡法将所有板之间相邻的板边连接器连接在一起。注意：暂时只连接板子之间 VEE、CON、VCC、 GND、MOD、REF、SIG 这7对连接器。 c、把板子翻过来，在背面把这7对连接器也连接在一起。以增加机械强度。 （主板可以直接凭感觉对准。）
输入部分打算使用运放放大整形，并使用电容做延迟，产生每个声道的即时信号和峰值信号。使用 LM324 足矣。
为简化电路、降低成本考虑，决定做成扫描显示的。每个显示周期内扫描4次，分别是两个声道的即时值和 峰值。
这样的话使用 CD4052模拟开关中的一组作为4选一正好，将上面提到的4种信号按照规定的时序送到 LM3914。
（CD4052、4053、4060）
扫描时序的设计原则是尽可能减少开关切换次数。 然后是洞洞板。按照上面的框架边焊边整理原理图，并解决细节问题。焊接、修改洞洞板过程就不上图了， 手工不好没有学习价值。上个最终图。 洞洞板简要攻略：LED 部分使用双排针座和两个弯针架空了，要不单面洞洞板无法排下，3914紧挨着排针
本场合选择3915是最适合不过的了（人耳听觉对音量的感知和音量电平大小成对数关系），但是级联时需要 用多个运放分别衰减处理每个 ic 的输入信号才能使整个电平表呈对数规律显示，调试麻烦，尤其是较多 ic 级联 时。
（3915、3916级联图）
因此权衡利弊决定选用3914。虽然线性不是很贴合人耳听觉感知规律，但是由于显示段数较多，很大程度 上可以弥补。而且线性指示还可以大幅度拓展此表的用途，比如完全可以当电压表、电流表用（类似高级数字万 用表的模拟条）。
选定 LM391*系列之后，接下来需要考虑的是整个电路的结构。 此系列有三种 IC，分别是 LM3914（线性），LM3915（对数），LM3916（指数），内部分压器的分压比不同。 线性适合做电压表，对数适合做信号表，指数适合做功率表。前者级联简单可直接级联，后两者相对麻烦，需要 用运放来放大和衰减输入信号。 （内部对比图）
CD4052的另一组模拟开关控制两只三极管，按照规定的时序分别为两声道 LED 提供电源。 LM3914的9脚是模式控制脚，可以采用 CD4053模拟开关中的一组开关控制该脚电平，来实现点（峰值）和 条（即时值）的控制切换。每个 CD4053中有三组模拟开关，可控制3个 LM3914级联。 根据两个模拟开关需要的控制信号来看，选用 CD4060作为控制信号发生器正好能满足需要，而且自带 RC 振荡器。 （插曲：前面3个 CD4000系列集成电路的选型看似简单，实际是翻阅大量 datasheet 才确定下来的。要不就 不会有那么多“正好”了。比如 CD4060的每个输出口都是推挽形式的，另一个类似器件则是弱下拉，两者输出 信号看似相同，但必须选4060否则不能正常工作。）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
座，其他元件在附近就近排列，飞线连接就 OK 了。 （洞洞板图）
想要着重说明的是以下几个细节。 1、CD4060的 RC 振荡器设置：震荡频率 f=0.545/(Rx*Cx)。均使用标准单位（Hz、ohm、F）。频率太高或 者太低都不行，太高影响显示动态，太低会有闪烁感。15-30KHz 之间比较合适。需要着重注意的是 Rx 不应低 于50k 欧否则可能起振困难。（很多 datasheet 并没有提到这点。）Rs 取2-10倍 Rx 即可。 2、LED 驱动电流设置：Iled=12.5/Rled。（标准单位：安，欧）。注意是点亮瞬间的驱动电流，不是平均电 流，所以可以设置在20mA 以上。最大0.03A。建议宁大勿小。（根据 datasheet，LED 驱动电流=10倍基准端负 载电流。） 3、最大电源电压：最小4.5V(其实3v 就能使 LED 微微发亮了)，极限20v(超过20v 会直接烧 ic)。不需要稳压。 实际最大电压受3914耗散约束，Vmax=[136.5*Rled/(6875+Rled)]+Vled+Vce，Vled 为 LED 压降，Vce 为 LED 电源开关管压降。可近似简化为 Vmax=0.018*Rled+3。当电压超过的时候3914有过热隐患，（根据 datasheet， LM3914最大耗散1365mW。 实际应用时，能低点就低点，取 DC5～9v 之间就行了，温度太高没什么好处。使用 AC4～6v 的变压器直接 整流滤波即可，不必稳压。或者用电流大点的5v 手机充电器之类的开关电源。 4、关于9脚 MODE 脚的简要分析（不是很容易理解）：参考 datasheet 截图，内部等效成2个比较器。此脚 同时具有点/条模式控制、以及进位控制两个功能。在点模式工作时，两个级连的3914中，高位的3914有任意一 个 LED 点亮时需要熄灭低位3914的最后一个 LED。 把高位3914的 LED1驱动脚和低位3914MODE 脚连接在一起，并把低位3914的 LED9驱动脚拉高到 Vled，当 高位3914有任意 LED 点亮时，高位 LED1驱动脚内有个恒流源将电位下拉，使低位3914内比较器作用，熄灭 LED10。 MODE 脚电压与工作状态关系总结：（Vled 小于 Vcc，差值就是开关管压降） ①Vcc-0.1v<Vmode<Vcc 时，芯片处于条模式状态 ②Vled-0.6v<Vmode<Vcc-0.1v 时，芯片处于点模式状态 ③0v<Vmode<Vled-0.6v 时，芯片处于点模式状态，并强制熄灭低位的 LED10。
（插曲：有人也许会问为什么不用单片机来做，刚开始我在这个问题上也纠结了一段时间，单片机虽然硬件 简单但是能达到的效果有限，显示精度和速度不易达到全硬件的效果，尤其是 LED 较多的时候。一次性投入高 （例如编程器）。如果靠选用高速高性能单片机来做又有成本过高之嫌，而且一般 DIYer 不容易仿制。因此决定 采用全硬件制作，全面使用常用元件。）
二、设置扩展板上的跳线： 3、仍然把带有“JAGGY STUDIO”字样的面向自己。 （以下的4～9步骤，可以看图设置，然后直接进入第三大步。以下的文字说明供参考。） 4、从左往右依次编号：主板编号为 M，然后从离主板最近的扩展板开始，向右开始依次编为 X、Y、Z、X、 Y、Z……。有多少编多少。 5、在所有编号为 X、Y 的板子之间，连接 Y1、Z1、Y0、Z0共四个板边连接器。 6、在所有编号为 Y、Z 的板子之间，连接 Z1、Z0共两个板边连接器。 7、在所有编号为 X 的板子上，连接两个 X 跳线；在所有编号为 Y 的板子上，连接两个 Y 跳线；在所有编号 为 Z 的板子上，连接两个 Z 跳线， 8、在离主板最近的那一个扩展板上，连接 A 跳线；在离主板最远的那一个扩展板上，连接 B 跳线。
（示意图）
5、由以上分析，还可以可简化最高位3914的控制，如原理图用三极管取代 CD4053控制。三极管截止时， 两电阻几乎无电流通过，MODE 脚相当于被上拉到 Vcc，三极管导通时，MODE 脚电压等于 Vcc 减去1N4148上 的压降。
基本原理通过之后开始着手 PCB 制作。 （以上主要谈理论，以下主要联系实际） 萌生了一个做成模块化的想法，即分开做主板、扩展模块，扩展模块可以任意多个级联在一起，根据需要任 意实现双10、20、30、……、100段的显示。 经过多次修改，最终实现的功能如下： 1、双路带峰值保持的 LED 电平表。每套需要一块主板（起控制作用），和若干块扩展板（起显示作用）。 2、板上运放有6倍多增益，满量程输入电压可以低至0.2v 左右。 3、通过调节3296电位器，最大输入信号范围可达正负50v。 4、以双10段为单位任意级联扩展，组成双10、20、30、40……段电平表，理论最多可达双100段（根据 LM3914 的 DATASHEET）。 5、最低供电电压直流4.5v，极限20v，推荐范围5～9v。不建议太高电压、会使温度过高。 6、LED 恒流驱动，不必稳压，电源在范围内任意波动依然稳定，因此可直接用经过整流滤波的交流4～6V 左右的变压器。 7、节能，静态电流50mA 左右，每双10段的电流最大值150mA 左右。双40段、使用5V 开关电源、用作音 频电平表时，平均功耗一般小于1w。 设计的特点如下： 1、把324整形、4060振荡、4052模拟开关、最高位扩展板的模式控制电路做在主板上；3914和20个 LED、 4053模拟开关做在扩展板上。 2、由于显示段数比较多，所以设计的比较紧凑，LED 间距2.5mm，可以使用2x3x4或者2x5x7的方形 LED， 尽量找根部无边的，有边的可能放不下，最简单的方法是用大点的指甲剪把边剪掉，也可以用挫磨平。