2020-07-15

使用 LM391* 簡單顯示電壓及音量等級

最近家中幾部電視機的遙控器都陸陸續續沒有反應,將電池摩擦幾下又有反應,但幾日後又沒有反應
遙控器通常都需要使用 兩粒1.5V電池 ,但不一定兩粒電池同時電壓不足,可能只是其中一粒電池電壓不足
使用 萬用標 或 微控制器 雖然能夠很簡單量度電壓,但有種大材小用感覺
過去曾經出現一款電池可以按壓某些位置,顯示電壓值,有沒有類似簡單設計?


LED燈排

LED燈排 可以很整齊地將 LED 排放在 麵包板 上
相同數量的情況下佔據空間較少,亦方便存放

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10位 LED燈排 正面

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印著文字的一面為 正極,另一端為 負極

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10位 LED燈排 底面

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LM3914, LM3915, LM3916晶片 正面

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寫著 Thailand (可能這些晶片都是由泰國生產)

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寫著 1BB (及類似資料),但不清楚意思,可能是生產編號

引腳

LM3914, LM3915, LM3916 基本結構及佈局相同,都是使用 雙列直插封裝 (Dual In-line Package (DIP)) ,共有 18支引腳
18 17 16 15 14 13 12 11 10
用途 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8 LED9
LED0 GND VCC REFLO SIG REFHI REFOUT REFADJ MODE
1 2 3 4 5 6 7 8 9
編號 引腳 方向 用途
1 LED0 輸出 第一 LED 接地
對應電壓訊號為 10% ~ 19% 參考電壓
2 GND
接地
3 VCC
電源 (接受 3.0V 至 25.0V)
4 REFLO 輸入 低電壓參考值,最低為 0.0V
5 SIG 輸入 訊號電壓
6 REFHI 輸入 高電壓參考值,最高為 3.0V
7 REFOUT 輸入 輸出參考值
8 REFADJ 輸入 調整參考值
9 MODE 輸入 低電壓 為 單點顯示;高電壓 為 多點顯示
10 LED9 輸出 第十 LED 接地
對應電壓訊號為 100% 參考電壓
11 LED8 輸出 第九 LED 接地
對應電壓訊號為 90% ~ 99% 參考電壓
12 LED7 輸出 第八 LED 接地
對應電壓訊號為 80% ~ 89% 參考電壓
13 LED6 輸出 第七 LED 接地
對應電壓訊號為 70% ~ 79% 參考電壓
14 LED5 輸出 第六 LED 接地
對應電壓訊號為 60% ~ 69% 參考電壓
15 LED4 輸出 第五 LED 接地
對應電壓訊號為 50% ~ 59% 參考電壓
16 LED3 輸出 第四 LED 接地
對應電壓訊號為 40% ~ 49% 參考電壓
17 LED2 輸出 第三 LED 接地
對應電壓訊號為 30% ~ 39% 參考電壓
18 LED1 輸出 第二 LED 接地
對應電壓訊號為 20% ~ 29% 參考電壓

LM3914, LM3915, LM3916 的 10支LED引腳已經提供內部電阻,因此即使不接駁電阻,正常情況下不會破壞 LED
但 LM391* 的電阻分配並不相同
集成電路 類型 電阻
LED0 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8 LED9
LM3914 Linear 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000
LM3915 3dB-Step 1000 410 590 830 1170 1660 2340 3310 4690 6630
LM3916 VU-Meter 708 1531 923 819 1031 1298 769 864 970 1087

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3種 LM391* 電阻值不同,其實各有用途
LM3914 屬於 線性分壓 ,適合作為 電壓顯示
LM3915 屬於 對數分壓 ,適合作為 自然聲音音量顯示
LM3916 屬於 指數分壓 ,適合作為 合成聲音音量顯示

線路接駁

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接駁線路原型
原型使用兩個電阻,一個是橫向的電阻(R1),另一個是直向的電阻(R2),用來計算偵測電壓範圍
能以以下方程式計算電壓範圍
V = 1.25 * (1 + R2 / R1)
如果 R2 安裝 3KΩ 電阻, R1 安裝 1KΩ 電阻,便可以偵測 5V 範圍的電壓
(雖然理論上可以根據方程式計算,但實際仍然會有偏差,因此電壓範圍並不一定預期相同)

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測試線路

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在下製作一塊簡單的 USB Type-B 轉 獨立引腳的 印刷電路板,可以方便安裝到 麵包板

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將 印刷電路板 安裝到 麵包板

顯示模式

單點顯示
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MODE引腳 沒有接駁 或 接駁到 低電壓,會使用 單點模式 顯示電壓

多點顯示
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MODE引腳 接駁到 高電壓,會使用 多點模式 顯示電壓

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用金屬線固定電池的正極及負極

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可以簡單顯示電池的電壓

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在下將一個已經損壞的 3.5mm耳筒,將插頭剪裁
並將 左聲道終端(紅色)接地終端(黑色) 焊接電線

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將 3.5mm 接駁到聲音輸出裝置

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將 左聲道終端 接駁到 LM391* 的 SIG引腳,接地終端 接駁到 線路的接地

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輸出裝置播放聲音時,LM391* 會根據音量變化

總結

網上有很多 LM3914 配合 LED燈排 作為電池的 電壓顯示器 或 音量顯示器
不過在下不明白如何設定測試電壓的高電壓參考
結果還是需要閱讀由 LM3914 官方提供的 說明文件,才知道改變測試電壓的上限
還是由零開始學習

參考資料

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