我們可以把音量表看成是一種音樂系統(tǒng)中的均衡器。均衡器中我們可以根據(jù)音樂來看到 LED 的躍動(dòng)，如果如果音樂音量太大，則均衡器會(huì)達(dá)到峰值，音量太低則達(dá)到低谷。我們還可以打造一個(gè)音量表實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，借助麥克風(fēng)，運(yùn)放和 LM3914 的幫助下，讓 LED 在音量大小的改變下亮滅，如果音量太大，則多個(gè) LED 亮起，如果音量太低則只有個(gè)別 LED 亮起。音量表同樣可以用作音量檢測(cè)裝置。

電容 MIC 或者說是麥克風(fēng)都是聲音感應(yīng)換能器，可以將聲能轉(zhuǎn)換為電能，因此有了這個(gè)傳感器我們可以用聲音來改變電壓。我們一般用該設(shè)備來錄音或感知聲音。這種傳感器在手機(jī)和筆記本中也多有用到。

確定 MIC 的極性

MIC 有兩個(gè)引腳，一個(gè)是正極，一個(gè)是負(fù)極。MIC 的極性可以通過萬用表來判斷。將萬用表的正極探針（將萬用表設(shè)置為二極管測(cè)試模式）連接到 MIC 的一個(gè)引腳，負(fù)極探針連接到另一引腳。如果萬用表有度數(shù)的話，那么萬用表負(fù)極探針接的是 MIC 的正極。還有一種更為簡單的視覺判別法，負(fù)極一般有兩到三條焊錫接到外部的金屬外殼上。

所需電子元器件：

運(yùn)放 LM358 和 LM3914（10 位比較器）以及一個(gè) MIC

電阻：100kΩ x2,1kΩ x 3,10kΩ，47kΩ可調(diào)電阻

電容：100nF x2，1000uF x1，10 個(gè) LED

電路的原理很簡單；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)通過高通濾波器來濾除噪聲，濾除信號(hào)之后通過運(yùn)放 LM358 來放大，最終將信號(hào)通入 LM3914，它的作用類似電壓表，會(huì)根據(jù)聲音大小來決定亮起的 LED 數(shù)。我們來一步步解釋：

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)通過放大器前需要用高通濾波器來濾除噪聲。這里使用的是無源 RC 濾波器（電阻 - 電容）。該濾波器設(shè)計(jì)起來很簡單，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。高通濾波器通過信號(hào)的高頻，將其從輸入傳到輸出端，話句話說就是只允許通過高頻，而不是濾波器規(guī)定的頻率（截止頻率）。

人耳所能聽到的頻率范圍在 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，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)就通過運(yùn)放 LM358 來進(jìn)行放大。此處我們使用負(fù)反饋放大器來放大 MIC 傳來的低幅度信號(hào)，讓其達(dá)到能被 LM3914 所識(shí)別的等級(jí)。

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)電阻來決定。

而基于固定阻值來分的參考電壓有個(gè)問題，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。

審核編輯 黃昊宇