基于LM3914电源电压变化指示设计

-1-论文题目：基于LM3914的电压变化指示器的设计与制作摘要：19世纪兴起的数字电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色流水灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间和变化。本实验设计中，音频变色灯由该放大电路采用三只三极管及外围电路、LED电平指示器LM3914组成,通过音频信号可以自动对彩灯或霓虹灯及节日灯的控制。音频变色等控制电路可在音频信号的驱动下，控制三基色，从而达到彩灯泡发出千姿百态的色彩变化，其变化规律与音频信号的频率及电平大小相对应。在这样灯光可实现跳变、缓变、定色、组图、照明五种形式，适用于家庭、宾馆、舞厅、剧院、广告等领域，用途广泛，丰富现代社会生活。关键字：音频变色灯LM3914音频信号-2-B目录1.前言………………………………………………………………………………32.系统的组成及工作原理…………………………………………………………43.电路设计…………………………………………………………………………53.1对比方案………………………………………………………………………53.2改进方案………………………………………………………………………54.LM3914的电压变化指示器硬件组成介绍…………………………………74.1实验元器件清单……………………………………………………………74.2实验元器件构成及功能分析说明…………………………………………84.2.1条图显示器和LM3914集成电路的原理、功能以及应用……………84.2.2电阻器……………………………………………………………………104.2.3电容……………………………………………………………………134.2.4二极管…………………………………………………………………164.2.5三极管…………………………………………………………………194.2.6万用板…………………………………………………………………265.焊接和调试电路………………………………………………………………275.1组装成品焊接………………………………………………………275.2调试使用的仪器……………………………………………………285.3测试最终结果………………………………………………………285.4调试中出现的故障及解决方案……………………………………285.5调试注意事项………………………………………………………296．作品优势与发展空间………………………………………………………297．实验心得与体会……………………………………………………………308．参考文选……………………………………………………………………31-3-基于LM3914的电压变化指示器的设计与制作前言19世纪兴起的数字电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色流水灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。随着人们生活水平的提高，大家的生活环境也不断改善和美化。忙碌的一天生活过去，人们往往会去娱乐场所放松一下。节日的到来，城市中张灯结彩，举办节目来庆祝节日的到来。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间。因此，在原有的基础上改进，设计这款音频变色灯随之产生了，音频变色等控制电路可在音频信号的驱动下，控制三基色，从而达到彩灯泡发出千姿百态的色彩变化，避免了现在目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂。功能单一的缺点。音频变色灯并便于受众顺着有规律的节奏，给人以变幻的吸引力，又要主次分明，没有色彩和图案紊乱的感觉。变换、闪烁、跳跃式的霓虹灯为促进销售，为营造欢乐、多姿多彩的生活正越来越受到人们的重视与欢迎。-4-2.系统的组成及工作原理：电路主要部分见图（1），REFOUTV=1.28（1+R2/R1）I（LED）≌12.5/R1此电路的核心是LM３９1４芯片，通过信号脚SIG电压的不同选择LED的通或断，进而起到指示作用。图（１）电路主要部分LM3914是10位发光二极管驱动器，它可以把输入模拟量转换为数字量输出驱动10位发光二极管来进行点显示或柱显示。4脚和6脚之间连接有10个精密分压电阻，7脚和8脚之间是一个参考电压源，9脚为点／柱模式选择，5脚为信号输入端。LM3914参考电压源输出约5V，即在7脚和8脚之间维持一个5V的基准电压Vref，该基准可以直接给内部分压器使用，这样当Vin（5脚）输入一个0～5V电压时，通过比较器即可点亮0～10个发光二极管，芯片内部主要结构见下图（5）。-5-3.电路设计：3.1对比方案：经过对比网上的资料及LM3914芯片的生产厂家提供的相关资料，最终我选择了厂家提供的LM3914典型应用电路图（图1），这个电路简单实用，并且可以用并不复杂的一些元件来实现功能，满足课程设计要求。但其功能单一，虽能明显地显现出发光二极管随着电压变化的变化，但其是由外接信号的改变进行改变，详细电路图见下图（3）。图（2）3.2改进方案：为了使电路能够更为简单的实现功能，故我在这个电路的基础上，经过改设电路为“LM3914构成的闪光电压变化指示器电路”，采用一些额外的元件，通过可调电阻进行手动改变信号脚电压或接入RC电路让信号脚的电压进行自动改变，进而免去外界信号脚的麻烦，避免电路因外接信号对电路造成调试上的麻烦，使电路效果简单且现象明显，LM3914芯片的工作电压为3到18伏，考虑到电源的来源，从简便、方便的想法出发，我们采用5伏电压对电路进行供电，因为5伏电压为常见电压，为多数电路的最佳工作电压，来源广泛，制作简单，其方框图和原理图如下：-6-图（3）方框图图（4）电路原理图在电路中增加了RC电路，利用RC电路的充放电原理改变信号脚SIG（第五脚）电压，使LED随着电压的变化而亮或灭，进而具有自动功能（电压由0变到5伏或由5伏变为0付），因为此电路也可用作电容的充放电原理显示电路。将信号脚与可调电阻的可调端相连接，可通过改变接入电阻的阻值（手动功能），使信号脚的电压发生改变，使LED随着电压的变化而亮或灭。(RC电路或可调电阻)信号输入模数转换显示模块-7-其中开关SW3为自动功能与手动功能的切换开关，往上拨时为选择手动功能，信号脚的电压由可调电阻改变；往下拨时为自动功能，信号脚的电压由于RC电路的充放电而发生变化。开关SW1拨上时对电容进行充电，信号脚的电压逐渐增到5伏，开关SW2往上拨时，电容进行放电，信号脚的电压逐渐降为0伏。开关SW4为点／柱模式选择，往上拨时，LM3914芯片第九脚接正电源，选择柱模式，LED一个个的亮，呈柱子状。往下拨时，LM3914芯片第九脚与第十一脚相连接，为点选模式LED是一个个交替的亮其中的参数由下面公式计算：公式一：REFOUTV=1.28（1+R2/R1）公式二：I（LED）≌12.5/R1公式三：T=RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]REFOUT参考电压I（LED）为LED的工作电流V0为电容上的初始电压值；V1为电容最终可充到或放到的电压值；Vt为t时刻电容上的电压值。4．LM3914的电压变化指示器硬件组成介绍4.1实验元器件清单LED电平指示器LM3914芯片1个，-8-0.47uf电容、220uf电容、100uf电容各1个，5.6k电阻、100欧电阻各1个，18k电阻、10电阻、100K电阻、560欧各1个，耳机插座、音频线、电源插座，8550三极管、8050三极管、945三极管各1个，红色发光二极管10个，4.2实验元器件构成及功能分析说明4.2.1条图显示器和LM3914集成电路的原理、功能以及应用LM3914是LED条图驱动器的,条图显示器也叫光柱显示器。用条图显示器（光柱显示器）组成的条图显示方法是继数字显示方法之后出现的另一种新型模拟显示方式，它除可以显示被测量的大小外，还可以直观地反映被测量的变化、变化趋势及量程范围等。条图显示器（光柱显示器）采用电子技术，由电子器件组成，因具有显示直观、亮度均匀、可靠性高、成本低、抗振动、耐冲击、无阻尼、抗干扰能力强、对被测量的变化反映迅速、真实等优点，已广泛用于各种显示调节仪表、工业控制设备中，作为过程量或控制量等参数的模拟指示。可见，它具有指针式仪表和数字式仪表的一些共同优点。LCD条图显示器（光柱显示器）功耗低，显示时一般需要背光配合，否则，不适合在光线极弱的场合使用。LED条图显示器（光柱显示器）的发光体是发光二极管，亮度大，基本适用于所有场合，但功耗较大。LED条图显示器（光柱显示器）简介条图显示器（光柱显示器）由一串发光或不发光的点(条)状显示器排成长条(直线或圆弧状)组成。长条边有标度尺，发光点在标度尺上的位置反映被测量的大小。显示方式既可以用点方式，也可以用条方式。点显示方式下，只显示参考点(通常为。点)和被测量值点;条显示方式下，显示。点至被测量值点的所有点。LED条图显示器（光柱显示器）是由若干LED管芯按规定长度等距排列而组成的，具有红、绿、橙、黄等不同颜色。一般有128线、101线(或100线),64线、51线等规格，线数为所含LED数。其中一个LED(对101线、51线等产品)一般用于电源指示，也可以作其他用途或不用。其他LED一般组成×8或×10-9-结构，采用行列扫描方式以节省资源。如，100线有10×10结构和8×13结构。线间距有1mm,0.9mm,0.75mm等，有共阴型和共阳型可选。在使用中，除了购买成品外，也可根据需要自行设计条图显示器（光柱显示器）的LED颜色、布局、形状等。我们在某自动化设备的技术改造中，自行设计的LED条图显示器（光柱显示器），使用效果很好。而LM3914是美国国家半导体公司生产的VL条图驱动器。它采有DIP-18封装，电源电压范围是+3~+25V。其内部框图如图所示，主要包括1.25V基准电压源E0,10个电压比较器,由10只1KΩ电阻构成的分压器,缓冲器和模式选择放大器.输入直流电压U1N经过缓冲器接至10个电压比较器的同相输入端。将其第7脚与第6脚短接时，E0经过分压后获得参考电压U1到U10，电压值依次为0.125V、0.25V、0.375V、1.25V,依次相差0.125V..电压比较器的输出端分别接发光二极管VL1~VL10的负极.当UINU10时,10个电压比较器均输出低电平,发光二极管全亮;UINU1时电压比较器都输出高电平,发光二极管全灭。若U6UINU7,则VL1~VL6发光,VL7~VL10熄灭。.因此,被点亮的LED个数与UIN成正比,这就是LED条图显示器的工作原理。LM3914的第9脚为模式选择端,接U+时选项择条图显示模式;开路时为单点显示模式,即该点以下和以上部分的LED均处于消隐状态.1片LM3914只能驱动10点(或10段)LED条图.将两片LM3914进行级联时,基准电压由高位LM3914来提供,低位LM,3914所需基准电压由高位基准电压分压后得到.显然,按照静态方式驱动100段LED条图，就需要10片LM3914。若采用动态扫描方式，仅需一片LM3914即可。仪表量程取决于基准电压值，使用片内1.25V基准电源时，满量程电压UM=1.25V。Eo也可设计成可