LED音量表的電路原理圖

　　該電路的原理很簡(jiǎn)單；首先MIC拾取聲音信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榕c聲音強(qiáng)度成線性關(guān)系的電平信號(hào)，因此高音量有著高電平，低音量會(huì)生成低電平。然后電壓信號(hào)通過(guò)高通濾波器來(lái)濾除噪聲，濾除信號(hào)之后通過(guò)運(yùn)放LM358來(lái)放大，最終將信號(hào)通入LM3914，它的作用類(lèi)似電壓表，會(huì)根據(jù)聲音大小來(lái)決定亮起的LED數(shù)。我們來(lái)一步步解釋?zhuān)?/p>

　　1、用高通濾波器濾除噪聲

　　MIC對(duì)聲音很敏感，對(duì)環(huán)境噪聲也很敏感。如果不采取措施的話，放大器也會(huì)放大噪聲，那么得到的結(jié)果必然是不理想的。所以我們?cè)谛盘?hào)通過(guò)放大器前需要用高通濾波器來(lái)濾除噪聲。這里使用的是無(wú)源RC濾波器（電阻-電容）。該濾波器設(shè)計(jì)起來(lái)很簡(jiǎn)單，只需一個(gè)電阻和一個(gè)電容。

　　考慮到我們測(cè)量的是音頻的范圍，所以濾波器的設(shè)計(jì)必須要準(zhǔn)確，一定要考慮到濾波器的截止頻率。高通濾波器通過(guò)信號(hào)的高頻，將其從輸入傳到輸出端，話句話說(shuō)就是只允許通過(guò)高頻，而不是濾波器規(guī)定的頻率（截止頻率）。高通濾波器如圖所示。

　　人耳所能聽(tīng)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(jì)算公式如下：

　　F=1/（2πRC）

　　通過(guò)該公式我們可以根據(jù)R和C的值計(jì)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(hào)通過(guò)，出現(xiàn)在輸出端。這些取值并不是強(qiáng)制的，只是為了頻率計(jì)算更為準(zhǔn)確或者方便選型而已。

　　2、聲音信號(hào)的放大

　　移除了噪聲后，信號(hào)就通過(guò)運(yùn)放LM358來(lái)進(jìn)行放大。此處我們使用負(fù)反饋放大器來(lái)放大MIC傳來(lái)的低幅度信號(hào)，讓其達(dá)到能被LM3914所識(shí)別的等級(jí)。

　　經(jīng)典的負(fù)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(gè)公式就可以確定放大器的增益。

　　MIC信號(hào)在μV級(jí)時(shí)，我們不能將其直接傳給電壓表進(jìn)行度數(shù)，因?yàn)殡妷罕頍o(wú)法拾取這么低的電壓。但在100增益的運(yùn)放下，我們可以將MIC的信號(hào)放大，之后傳給電壓表。

　　3、用LED實(shí)現(xiàn)音量的視覺(jué)顯示

　　我們已經(jīng)有了濾波并放大后的音頻信號(hào)。這個(gè)型號(hào)需要傳給LM3914的LED電壓表，用于測(cè)量音頻信號(hào)的強(qiáng)度。LM3914是10路LED的驅(qū)動(dòng)顯示電路。它會(huì)根據(jù)輸入電壓來(lái)確定LED的亮滅。

　　LM3914還有許多其它用途，可以改為電池保護(hù)電路或安培計(jì)電路。此處我們只討論電壓表的搭建。

　　此處LM3914是一個(gè)10級(jí)電壓表，意味著在10位模式下會(huì)有多個(gè)變式。芯片感知到輸入電壓后會(huì)與參考電壓相比，我們將參考電壓設(shè)為“V”。每當(dāng)輸入電壓身高“V/10”，我們就會(huì)多一個(gè)LED亮起。比如當(dāng)輸入電壓“V/10”時(shí)，LED1會(huì)亮起，輸入電壓“2V/10”時(shí)，LED2也會(huì)亮起。以此類(lèi)推。

　　電路中的LM3914

　　LM3914的內(nèi)部電路如下。LM3914其實(shí)就是10個(gè)比較器的組合。每個(gè)比較器是一個(gè)運(yùn)放，其負(fù)極引腳的參考的電壓不斷升高。

　　因?yàn)槲覀儏⒖茧妷旱闹祽?yīng)基于最大測(cè)量值，運(yùn)放的輸出在0-4V，所以我們需要將LM3914的參考電壓設(shè)為4V。

　　參考電壓有LM3914的RefADJ引腳上的兩個(gè)電阻來(lái)決定，如下圖所示。左下角同時(shí)給到了參考電壓的計(jì)算公式。

　　而基于固定阻值來(lái)分的參考電壓有個(gè)問(wèn)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(diào)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(huì)多一個(gè)LED亮起。這就是LED音量表的原理了。