Đồ án Thiết kế mạch phân tích phổ tần âm thanh

Môc Lôc  Trang   Më §ÇU  2   Ch­¬ng 1: Tæng quan  3   1.1. Giíi thiÖu tæng quan vÒ m¹ch ph©n tÝch phæ ©m thanh  3   1. 2. Ph©n tÝch hÖ thèng m¹ch ph©n ph©n tÝch phæ ©m thanh  3   1. 2.1 Kh¶ n¨ng ®¸p øng yªu cÇu cña hÖ thèng  4   1.2.2 S¬ ®å khèi vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng  4   1.3. S¬ ®å khèi m¹ch ph©n tÝch phæ ©m tÇn dïng hiÓn thÞ d¹ng quÐt :  5   Ch­¬ng 2: C¬ së lý thuyÕt  6   2.1. M¹ch läc tÇn sè  6   2. 1.1. Giíi thiÖu vÒ c¸c lo¹i m¹ch läc tÇn sè  6   2.1.2. M¹ch läc th«ng thÊp  6   2.1.3. M¹ch läc th«ng cao  7   2.1.4. M¹ch läc th«ng d¶i  8   2.1.5. M¹ch läc chÆn d¶i  9   2.1.6 Chi tiÕt vÒ m¹ch läc d¶i th«ng  9   2.2 M¹ch ®iÒu khiÓn LED  11   2.2.1 M¹ch ®iÒu khiÓn LED b»ng linh kiÖn rêi  11   2.2.1 M¹ch ®iÒu khiÓn LED dïng IC LM 3915  13   Ch­¬ng 3: ThiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m¹ch ph©n tÝch phæ ©m thanh  17   3.1. S¬ ®å khèi  17   3.2. ThiÕt kÕ s¬ ®å nguyªn lý vµ ph©n tÝch tÝnh to¸n  19   3.21. ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch läc  19   3.2.2 ThiÕt kÕ chuyÓn m¹ch ®iÖn tö:  24   3.2.3. Khèi m¹ch dao ®éng, ®Õm vµ gi¶i m·, m¹ch thóc vµ ®iÒu khiÓn LED  26   3.2.4 ThiÕt kÕ khèi m¹ch ma trËn LED hiÓn thÞ.  31   3.3 ThiÕt kÕ m¹ch in  32   KÕt luËn  36   Lêi nãi ®Çu C«ng nghÖ ®iÖn tö hiÖn nay cã nh÷ng b­íc ph¸t triÓn rÊt nhanh. Nã lu«n g¾n liÒn víi sù ph¸t triÓn cña c¸c c«ng nghÖ kh¸c. C«ng nghÖ ®iÖn tö t­¬ng tù ®· ®em ®Õn cho con ng­êi nh÷ng øng dông quan träng trong tÊt c¶ c¸c nghµnh, c¸c lÜnh vùc. Lµ mét sinh viªn khoa C«ng nghÖ, nghµnh §iÖn tö - ViÔn th«ng, b¶n th©n em hiÓu r»ng vËn dông nh÷ng kiÕn thøc ®· häc vµo thùc tÕ lµ v« cïng quan träng. Víi suy nghÜ trªn, em ®· quyÕt ®Þnh chän ®Ò tµi “ThiÕt kÕ m¹ch ph©n tÝch phæ tÇn ©m thanh”. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« gi¸o trong bé m«n §iÖn tö - ViÔn th«ng, Khoa C«ng nghÖ ®· gi¶ng d¹y cho chóng em nh÷ng kiÕn thøc vÒ chuyªn m«n, ®Ó chóng em thùc hiÖn tèt ®å ¸n thiÕt kÕ m¹ch t­¬ng tù nµy. Do kiÕn thøc cßn h¹n chÕ nªn ®å ¸n nµy kh«ng thÓ tr¸nh ®­îc nh÷ng thiÕu sãt. V× vËy em rÊt mong ®­îc sù chØ b¶o cña c¸c thÇy c« vµ nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp cña c¸c b¹n. §Æc biÖt em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy gi¸o §Æng Th¸i S¬n ®· nhiÖt t×nh gióp ®ì em hoµn thµnh ®Ò tµi nµy! Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n ! Vinh, ngµy…th¸ng….n¨m 2010 Sinh viªn thùc hiÖn Hoµng ThÕ M¹nhCh­¬ng 1: Tæng quan 1.1 Giíi thiÖu tæng quan vÒ m¹ch ph©n tÝch phæ ©m thanh Tõ l©u m¹ch ph©n tÝch phæ ®· xuÊt hiÖn nhiÒu trong c¸c dµn ©m thanh. HiÖn nay øng dông cña m¹ch nµy xuÊt hiÖn ngµy cµng nhiÒu trong cuéc sèng nh»m phôc vô gi¶i trÝ vµ thÈm mü cña con ng­êi. Yªu cÇu cña m¹ch ph©n tÝch phæ tÝn hiÖu ©m thanh lµ: Cã kh¶ n¨ng ®o ®­îc gi¸ trÞ ®iÖn ¸p cña c¸c tÝn hiÖu tÇn sè ©m thanh vµ hiÓn thÞ trªn mét ma trËn LED. 1. 2. Ph©n tÝch hÖ thèng 1.2. 1. Kh¶ n¨ng ®¸p øng cña hÖ thèng: HÖ thèng giao tiÕp víi ng­êi sö dông chØ b»ng hiÓn thÞ do vËy nã h¹n chÕ ®­îc t¸c ®éng cña ng­êi sö dông vµo néi dung bªn trong m¹ch ®Ìn nh¸p nh¸y theo nh¹c. - M¹ch ®­îc thiÕt kÕ hiÓn thÞ phæ cña c¸c tÝn hiÖu trong c¸c d¶i tÇn x¸c ®Þnh. - M¹ch ®­îc thiÕt kÕ theo nguyªn t¾c khi d¶i tÇn sè nµo phï hîp víi thiÕt kÕ m¹ch th× hiÓn thÞ t­¬ng øng víi d·y ®Ìn LED ®ã. 1.2.2. S¬ ®å khèi vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng: a. S¬ ®å khèi:
H×nh 1: S¬ ®å khèi c¬ b¶n cña m¹ch ph©n tÝch phæ ©m tÇn b. Nguyªn lý ho¹t ®éng: TÝn hiÖu tõ ng· vµo ®­îc ®­a vµo tõng bé läc tÇn. Bé läc tÇn dïng lo¹i m¹ch läc tÝch cùc d¶i th«ng. M¹ch chØ ®Ó cho c¸c tÝn hiÖu trong mét d¶i tÇn qui ®Þnh ®i qua vµ läc bá c¸c thµnh phÇn kh¸c. Cã thÓ dïng transistor kÕt hîp víi c¸c tô ®iÖn vµ ®iÖn trë ®Ó h×nh thµnh nªn m¹ch läc tÝch cùc hoÆc dïng c¸c OP-AMP kÕt hîp víi c¸c linh kiÖn thô ®éng bªn ngoµi ®Ó cã m¹ch läc tÝch cùc. Sè m¹ch läc cµng nhiÒu th× bé ph©n tÝch phæ tÇn cµng cã ®é ph©n gi¶i tÇn sè cµng cao, ®­îc thÓ hiÖn trong chØ tiªu chÊt l­îng cña m¹ch cao h¬n. M¹ch ®iÒu khiÓn dïng ®Ó hiÓn thÞ møc biªn ®é cña tÝn hiÖu sau khi qua bé läc tÇn. M¹ch nµy cã thÓ dïng linh kiÖn rêi hoÆc dïng c¸c IC chuyªn dông. C¸c ®­êng ra cµng nhiÒu th× m¹ch cã ®é ph©n gi¶i biªn ®é cµng lín. Trong s¬ ®å trªn ta thÊy mçi bé läc tÇn cÇn cã mét m¹ch ®iÒu khiÓn LED cho viÖc hiÓn thÞ, cµng nhiÒu bé läc tÇn (®é ph©n gi¶i tÇn sè cña m¹ch cµng cao) th× cµng dïng nhiÒu m¹ch ®iÒu khiÓn LED. §iÒu nµy sÏ g©y cho m¹ch sù kÕt nèi phøc t¹p. §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm cña s¬ ®å trªn ta xÐt nh÷ng c¶i tiÕn trong s¬ ®å khèi sau: 1.3. S¬ ®å khèi m¹ch ph©n tÝch phæ ©m tÇn dïng hiÓn thÞ d¹ng quÐt: 1.3.1. S¬ ®å khèi:
H×nh 2: S¬ ®å khèi cña m¹ch ph©n tÝch phæ ©m tÇn dïng hiÓn thÞ d¹ng quÐt 1.3.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng: S¬ ®å nµy thÓ hiÖn ­u ®iÓm lµ chØ dïng mét m¹ch ®iÒu khiÓn LED bÊt kÓ sè l­îng m¹ch läc lµ bao nhiªu, sè ®­êng nèi d©y ra m¹ch hiÓn thÞ còng ®¬n gi¶n h¬n do viÖc sö dông ma trËn hiÓn thÞ lµ sù kÕt hîp gi÷a hµng vµ cét. Sè l­îng cét t­¬ng øng víi sè l­îng m¹ch läc tÇn, cßn sè hµng chÝnh lµ sè l­îng ®Çu ra cña m¹ch ®iÒu khiÓn LED. S¬ ®å nµy còng bao gåm n bé läc tÇn, c¸c ngâ ra cña c¸c bé läc tÇn ®­îc ®­a vµo bé chuyÓn m¹ch, t¹i tõng thêi ®iÓm chuyÓn m¹ch chØ cho tÝn hiÖu cña mét bé läc tÇn ra mµ th«i. §iÒu khiÓn bé chuyÓn m¹ch ®­îc thùc hiÖn bëi m¹ch ®Õm & gi¶i m·, tÝn hiÖu xung clock cña m¹ch dao ®éng ®­a vµo m¹ch ®Õm & gi¶i m·, sè ngâ ra cña m¹ch ®Õm & gi¶i m· t­¬ng øng lµ n. Ngâ ra cña m¹ch ®Õm & gi¶i m· còng ®ång thêi ®­îc ®­a ®Õn m¹ch thóc ®Ó quÐt c¸c cét. NÕu tÇn sè xung clock ®ñ nhanh th× m¾t ta sÏ bÞ ®¸nh lõa cho c¶m gi¸c ®ång thêi c¸c cét ®Òu s¸ng nh­ng thùc ra t¹i mét thêi ®iÓm th× chØ cã mét cét s¸ng. Ch­¬ng 2: C¬ së lý thuyÕt 2.1. M¹ch läc tÇn sè: 2.1.1. Giíi thiÖu vÒ c¸c lo¹i m¹ch läc: Th­êng trong c¸c thiÕt bÞ ®iÖn hoÆc ®iÖn tö cÇn chÆn hoÆc cÇn cho qua nh÷ng tÇn sè nµo ®ã ng­êi ta th­êng dïng bé läc tÇn sè. Tr­íc kia nã ®­îc dùng chñ yÕu b»ng nh÷ng phÇn tö ®iÖn c¶m L vµ ®iÖn dung C. Ngµy nay IC khuÕch ®¹i thuËt to¸n (OP AMP) cã kÝch th­íc nhá, cã nhiÒu ®Æc tÝnh ­u viÖt, gi¸ thµnh h¹, tÝnh to¸n thiÕt kÕ ®¬n gi¶n nªn ®­îc ­a chuéng ®Ó dùng c¸c bé läc tÝch cùc RC.Cã nhiÒu lo¹i m¹ch läc tÝch cùc kh¸c nhau ch¼ng h¹n nh­ m¹ch Butterworth vµ Chebyshev. Tr­íc khi xÐt ®Õn c¸c bé läc ta cÇn xÐt ®Õn bËc cña bé läc. BËc cña bé läc x¸c ®Þnh ®é dèc ®­êng c¾t. Sè bËc cµng cao, ®­êng c¾t cµng dèc. BËc läc gia t¨ng theo 6dB/oct. M¹ch läc tÝch cùc ®¬n gi¶n nhÊt lµ m¹ch läc bËc nhÊt víi ®é dèc lµ 6db/oct. C¸c m¹ch läc tÝch cùc cao cÊp h¬n cã thÓ cã bËc cao h¬n, vÝ dô mét bé läc bËc hai cã ®é dèc ®­êng c¾t lµ 12dB/oct. PhÇn d­íi, do yªu cÇu cña ®Ò tµi, tr×nh bµy chñ yÕu vÒ m¹ch läc d¶i th«ng. Sau ®©y lµ giíi thiÖu c¸c lo¹i m¹ch läc: 2.1.2. M¹ch läc th«ng thÊp: M¹ch läc Butterworth ®­îc thiÕt kÕ ®Ó cã ®¸p øng biªn tÇn ph¼ng trong d¶i th«ng vµ cã ®Æc tÝnh ®­êng cong tr¬n tru. H×nh d­íi tr×nh bµy biÓu ®å ®¸p øng tÇn sè cña mét m¹ch läc Butterworth bËc nhÊt ®iÓn h×nh.
H×nh 3: §Æc tuyÕn m¹ch läc th«ng thÊp Mét lo¹i phæ biÕn kh¸c cña ®¸p øng läc ®­îc thÓ hiÖn bëi m¹ch läc Chebyshev. BiÓu ®å ®¸p øng biªn tÇn cña mét m¹ch läc th«ng thÊp Chebyshev ®­îc tr×nh bµy ë h×nh d­íi:
H×nh 3: §Æc tuyÕn m¹ch läc th«ng thÊp Chebyshev §¸p øng biªn tÇn cña m¹ch läc kh«ng ph¼ng ë tÇn sè thÊp h¬n tÇn sè c¾t nh­ trong bé läc Butterworth. Trong bé läc Chebyshev, cã mét sù gi¶m vÒ biªn ®é ë phÝa tr­íc tÇn sè c¾t vµ biªn ®é l¹i t¨ng trë l¹i tr­íc khi ®­êng suy gi¶m b¾t ®Çu. ThuËn lîi chñ yÕu cña m¹ch läc Chebyshev lµ cã ®Æc tÝnh ®­êng suy gi¶m rÊt dèc.C¸c m¹ch diÖn thùc sù cña m¹ch läc Butterworth vµ Chebyshev th­êng th× kh¸ gièng nhau. Th«ng th­êng, sù kh¸c biÖt duy nhÊt trong hai m¹ch läc lµ gi¸ trÞ c¸c linh kiÖn thùc sù ®­îc sö dông. 2.1.3. M¹ch läc th«ng cao:
VÒ mÆt chøc n¨ng, mét m¹ch läc th«ng cao ®ãng vai trß ®èi lËp víi mét m¹ch läc th«ng thÊp. NÕu bá qua ®­êng cong suy gi¶m, nh÷ng c¸i ®­îc cho qua bëi m¹ch läc th«ng thÊp sÏ bÞ chÆn l¹i bëi m¹ch läc th«ng cao vµ ng­îc l¹i. C¸c m¹ch läc tÝch cùc th«ng cao kh¸ gièng c¸c m¹ch läc tÝch cùc th«ng thÊp. ngo¹i trõ vÞ trÝ cña mét sè linh kiÖn bÞ thay ®æi. Còng gièng nh­ m¹ch läc tÝch cùc th«ng thÊp, mét m¹ch läc tÝch cùc th«ng cao còng cã c¶ ®¸p øng Butterworth lÉn ®¸p øng Chebyshev ®­îc tr×nh bµy d­íi ®©y. 2.1.4. M¹ch läc th«ng d¶i: Nãi chung c¸c m¹ch läc d¶i th«ng phøc t¹p h¬n nhiÒu so víi c¸c m¹ch läc th«ng thÊp vµ th«ng cao. Theo mét mÆt nµo ®ã, c¸c m¹ch läc th«ng thÊp vµ th«ng cao còng lµ mét lo¹i m¹ch läc d¶i th«ng. Trong mét m¹ch läc th«ng thÊp, tÇn sè c¾t d­íi lµ mét ®iÓm t­ëng t­îng n»m d­íi 0Hz. §èi víi m¹ch läc th«ng cao, tÇn sè c¾t trªn ®­îc x¸c ®Þnh bëi ®¸p øng tÇn sè cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n (hay c¸c linh kiÖn tÝch cùc kh¸c) ®­îc dïng trong m¹ch läc. Mét m¹ch läc d¶i th«ng cã thÓ ®­îc t¹o ra b»ng c¸ch m¾c nèi tiÕp m¹ch läc th«ng thÊp vµ m¹ch läc th«ng cao. C¸c m¹ch läc d¶i th«ng phøc t¹p h¬n v× cã nhiÒu th«ng sè h¬n vµ v× thÕ linh ho¹t h¬n. C¸c th«ng sè bao gåm nh­: ®é lîi (K),bËc läc (n), tÇn sè trung t©m (Fc), vµ b¨ng th«ng (BW) ngoµi ra cßn cã mét th«ngsè n÷a lµ hÖ sè phÈm chÊt Q, ®­îc suy ra tõ Fc vµ BW.
2.1.5. M¹ch läc chÆn d¶i: Mét m¹ch läc d¶i chÆn cho hÇu hÕt mäi tÇn sè ®i qua nã ngo¹i trõ nh÷ng tÇn sè n»m trong mét kho¶ng ®­îc x¸c ®Þnh (th­êng lµ hÑp). C¸c m¹ch läc d¶i chÆn th­êng ®­îc dïng ®Ó lo¹i bá nh÷ng thµnh phÇn tÇn sè kh«ng mong muèn. C¸c tÇn sè cao h¬n vµ thÊp h¬n d¶i chÆn ®Òu ®­îc m¹ch läc d¶i chÆn cho qua dÔ dµng. Trong ®å thÞ ®¸p øng biªn tÇn ta thÊy cã mét lç hæng hay lâm xuèng v× thÕ m¹ch nµy th­êng ®­îc gäi lµ m¹ch läc Notch.
2.1.6 Chi tiÕt vÒ m¹ch läc th«ng d¶i M¹ch läc d¶i th«ng c¬ b¶n ®­îc minh häa bªn d­íi:
M¹ch nµy cã thÓ ®­îc thiÕt kÕ ®Ó cho ®é lîi tõ thÊp tíi trung b×nh vµ gi¸ trÞ Q cã thÓ cao tíi 20, gi¸ trÞ thÊp h¬n cña Q cã thÓ ®­îc chän lùa b»ng c¸ch dïng c¸c gi¸ trÞ linh kiÖn thÝch hîp. Trong m¹ch chän C1 = C2 = C ®Ó dÔ tÝnh to¸n. C¸c th«ng sè cho tr­íc lµ tÇnsè trung t©m (Fc), ®é lîi (K) vµ Q. Trong hÇu hÕt c¸c tr­êng hîp, gi¸ trÞ Q cã thÓ ®­îc suy ra tõ tÇn sè trung t©m vµ b¨ng th«ng cña bé läc d¶i th«ng.
Víi c¸c th«ng sè cho tr­íc, ta cã c¸c c«ng thøc ®Ó tÝnh R1, R2 vµ R3:
;
;
§é lîi ®­îc x¸c ®Þnh b»ng tØ sè gi÷a R1 vµ R3:
Mét h¹n chÕ quan träng cho m¹ch nµy lµ nÕu cã ®é lîi (K) cao th× Q còng ph¶i cao. Kh«ng thÓ thiÕt kÕ m¹ch läc víi ®é lîi cao vµ Q thÊp bëi v× gi¸ trÞ cña R2 sÏ ©m. Trong m¹ch, bËc läc ®­îc x¸c ®Þnh bëi gi¸ trÞ Q. Gi¸ trÞ Q cµng cao, ®­êng c¾t cµng dèc. Khi cho tr­íc c¸c gi¸ trÞ C, R1, R2, R3, cã thÓ tÝnh ®­îc:
;
2.2. M¹ch ®iÒu khiÓn LED 2.2.1. M¹ch ®iÒu khiÓn LED dïng linh kiÖn rêi: 1. M¹ch dïng Transistor
Trong s¬ ®å trªn, Q1 vµ Q2 t¹o thµnh bé khuÕch ®¹i hai tÇng. Khi ë ®Çu vµo kh«ng cã tÝn hiÖu, Q1 hÇu nh­ ®ãng (tr¹ng th¸i nµy ®­îc x¸c ®Þnh bëi biÕn trë R4), ®é sôt ¸p trªn R2 nhá, kh«ng ®ñ më Q2 bëi vËy trªn cùc C cña Q2 kh«ng cã dßng ra, c¸c LED t¾t.Khi cã ®iÖn ¸p d­¬ng ®Æt ë ®Çu vµo, Q1 më, ®iÖn ¸p vµo cµng lín, Q1 m¬ cµng nhiÒu. Do ®ã Q2 còng më vµ cã dßng ®iÖn ra ë cùc C. Dßng ®iÖn nµy cµng lín. Khi ®iÖn ¸p ®Çu vµo cµng m¹nh. Khi cã dßng ®iÖn th× c¸c LED lÇn l­ît s¸ng, b¾t ®Çu tõ LED cuèi cïng (LED7) Khi cã dßng ®iÖn tõ cùc C cña Q2 th× dßng ®iÖn nµy hÇu nh­ hoµn toµn ®i qua R12 vµ LED7 vµ t¹o nªn sôt ¸p trªn ®o¹n nµy (t¹i anod LED6 so víi mass). Víi mét dßng ®iÖn x¸c ®Þnh LED7 s¸ng vµ ®iÖn ¸p sôt trªn nã kho¶ng 1,8 ®Õn 2V. Trong qu¸ tr×nh dßng ®iÖn t¨ng lªn, ®iÖn ¸p nµy kh«ng ®æi. Mét c¸ch kh¸c LED7 ®ãng vai trß cña mét æn ¸p. Nh­ng dßng ®iÖn t¨ng dÉn ®Õn viÖc t¨ng ®iÖn ¸p t¹i anod LED6.Khi ®iÖn ¸p nµy ®¹t gi¸ trÞ b»ng tæng ®iÖn ¸p sôt trªn LED7 vµ diode më D6 (0,7V) tøc lµ kho¶ng 2,5 ®Õn 2,7V th× LED6 ph¸t s¸ng. LED5 sÏ s¸ng tiÕp theo khi dßng cùc C cña Q2 tiÕp tôc t¨ng, khi mµ ®iÖn ¸p t¹i anod LED5 ®¹t ®Õn gi¸ trÞ b»ng tæng ®iÖn ¸p sôt trªn LED ®ang s¸ng vµ c¸c diode më D5, D6. Tãm l¹i LED tiÕp theo chØ s¸ng khi t¨ng ®iÖn ¸p anod cña chóng (so víi mass) lªn kho¶ng 0,7V so víi ®iÖn ¸p trªn anod cña LED tr­íc ®ã. Khi dßng ®iÖn ra trªn cùc C cña Q2 gi¶m th× c¸c LED t¾t theo thø tù tõ trªn xuèng d­íi. §é tuyÕn tÝnh cña LED chØ b¸o phô thuéc vµp viÖc chän lùa chÝnh x¸c c¸c ®iÖn trë R7 ®Õn R12 còng nh­ c¸c tham sè gièng nhau cña c¸c LED. M¹ch nµy kh«ng chØ lµm viÖc ®­îc víi nguån tÝn hiÖu ®iÖn ¸p kh«ng ®æi ë ®Çu vµo mµ cßn víi nguån tÝn hiÖu lµ ©m tÇn. Trong tr­êng hîp nµy, m¹ch chØ lµm viÖc víi c¸c nöa chu k× d­¬ng cña tÝn hiÖu. 2. M¹ch ®iÒu khiÓn LED dïng c¸c khuÕch ®¹i thuËt to¸n: Trong m¹ch, c¸c ®Çu vµo kh«ng ®¶o ®· ®­îc nèi vµo m¹ch ph©n ¸p ®Ó lÊy møc ®iÖn ¸p mÉu, trong khi ®ã ®iÖn ¸p tÝn hiÖu vµo cïng lóc ë c¸c ®Çu vµo ®¶o. M¹ch so ¸p sÏ so s¸nh c¸c møc ®iÖn ¸p vµo vµ lµm s¸ng c¸c LED t­¬ng øng. 2.2.2. M¹ch ®iÒu khiÓn LED sö dông IC LM3915: 1.Giíi thiÖu chung IC LM3915 lµ mét m¹ch tÝch hîp ®¬n khèi cã thÓ c¶m nhËn ®­îc c¸c møc ®iÖn ¸p t­¬ng tù vµ ®iÒu khiÓn hiÓn thÞ trªn 10 led hoÆc mµn h×nh tinh thÓ láng hay lµ c¸c thiÕt bÞ hiÓn thÞ huúnh quang ch©n kh«ng, cung cÊp cho mét bé khuÕch ®¹i l«garit 3dB/bËc ®iÖn ¸p t­¬ng tù hiÓn thÞ. Mét ch©n thay ®æi hiÓn thÞ tõ biÓu ®å cét sang hiÓn thÞ c¸c ®iÓm di ®éng. Dßng trªn led ®­îc ®iÒu khiÓn vµ cã thÓ lËp tr×nh ®­îc mµ kh«ng cÇn ®Õn c¸c trë h¹n dßng. TÊt c¶ hÖ thèng hiÓn thÞ cã thÓ ho¹t ®éng nhê nguån cÊp n»m trong kho¶ng 3V cho ®Õn 25V. IC bao gåm mét ®iÖn ¸p tham chiÕu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc vµ ®óng mét bé chia ¸p 10 møc chuÈn. Bé ®Öm nhËp tr¹ng th¸i trë kh¸ng cao nhËn tÝn hiÖu tõ m¸t ®Õn trong d¶i 1.5V cña nguån d­¬ng. H¬n n÷a, nã kh«ng cÇn ph¶i b¶o vÖ c¸c tÝn hiÖu ë ®Çu vµo. Bé ®Öm nhËp ®iÒu khiÓn 10 bé so riªng lÎ ®­îc tham chiÕu tíi c¸c bé chia víi ®é chÝnh x¸c. §é chÝnh x¸c th«ng th­êng tèt h¬n 1dB. Sù hiÓn thÞ 3dB/b­íc cña LM3915 lµ mét d·y c¸c tÝn hiÖu ®éng víi d¶i réng,nh­ lµ møc ©m thanh, ®iÖn, c­êng ®é chiÕu s¸ng hoÆc dao ®éng. C¸c ch­¬ng tr×nh ©m thanh trung b×nh hoÆc lµ c¸c bé chØ b¸o møc cùc ®¹i, ®ång hå ®iÖn n¨ng vµ ®ång hå ®o c­êng ®é tÝn hiÖn cao tÇn. Thay thÕ cho c¸c ®ång hå ®o th«ng th­êng b»ng kÕt qu¶ hiÓn thÞ nhanh dÇn trªn mét biÓu ®å led. IC LM3915 rÊt dÔ ¸p dông nh­ lµ mét ®ång hå ®o 1.2V b»ng thËt mµ chØ ®ßi hái mét ®iÖn trë céng víi 10 led. Mét ®iÖn trë lËp tr×nh víi nguån ¸p bÊt kú tõ 1.2V ®Õn 12V. §é s¸ng cña led cã thÓ ®­îc ®iÒu khiÓn bëi mét biÕn trë riªng. IC LM3915 rÊt ®a n¨ng. c¸c ®Çu ra cña nã cã thÓ ®iÒu khiÓn hiÓn thÞ trªn c¸c mµn h×nh tinh thÓ láng, c¸c bãng huúnh quang ch©n kh«ng, vµ bãng ®Ìn d©y tãc tèt nh­ c¸c led mµu. NhiÒu thiÕt bÞ cã thÓ ®­îc ghÐp nèi ®Ó hiÖn thÞ cho mét ®iÓm hay lµ mét cét víi ®é réng 60 dB hoÆc 90 dB. Lm3915 còng cã thÓ ®­îc ghÐp nèi víi LM3914 ®Ó hiÓn thÞ mét d¶i/biÓu ®å hoÆc víi Lm3916 cho mét ©m l­îng kÕ më réng. C¸c ®Æc ®iÓm cña Lm3915: 3dB/b­íc, biªn ®é 30 dB §iÒu khiÓn hiÓn thÞ c¸c led, mµn h×nh tinh thÓ láng, bãng huúnh quang ch©n kh«ng. H×nh thøc hiÓn thÞ cét hay ®iÓm cã thÓ do ng­êi dïng chän ®­îc bªn ngoµi. §iÖn ¸p tham chiÕu bªn trong tõ 1.2V ®Õn 12V. Ho¹t ®éng víi ®iÖn ¸p nguån ®¬n tõ 3V ®Õn 25V. Dßng ra cã thÓ lËp tr×nh tõ 1mA ®Õn 30mA. §iÖn ¸p vµo chÞu ®ùng ± 35V mµ kh«ng g©y tæn h¹i hoÆc sai kÕt qu¶ ë ®Çu ra. §iÒu khiÓn trùc tiÕp TTL hoÆc CMOS. Bé chia bªn trong 10 b­íc, vµ cã thÓ ®­îc tham chiÕu tíi mét biªn ®é réng cña ®iÖn ¸p LM3915 ®­îc ®¸nh gi¸ cao nhÊt khi ho¹t ®éng tõ 00C ®Õn +700C.
H×nh 1: øng dông tiªu biÓu cña IC LM3915 2. S¬ då khèi vµ chøc n¨ng c¸c ch©n LM3915 a. S¬ ®å khèi S¬ ®å khèi ®· ®­îc ®¬n gi¶n cña LM3915 bao gåm mét bé ®Öm vµo ë tr¹ng th¸i trë kh¸ng cao, ho¹t ®éng víi tÝn hiÖu tõ ®Êt ®Õn 12V va ®­îc b¶o vÖ chèng l¹sù ®¶o chiÒu vµ qu¸ ¸p. TÝn hiÖu nµy sau ®ã ®­îc ¸p dông cho mét lo¹t 10 bé so s¸nh, mçi bé nh­ vËy ®­îc thiªn ¸p ®Ó so s¸nh møc ®é kh¸c nhau bëi trë b¨ng.
H×nh 2: s¬ ®å khèi cña IC LM3915  b. Chøc n¨ng c¸c ch©n LM3915 IC LM3915 cã tÊt c¶ 18 ch©n, mçi bªn 9 ch©n, ®­îc tr×nh bµy nh­ h×nh vÏ d­íi ®©y.
H×nh 3:Ss¬ ®å ch©n cña IC LM3915 Chøc n¨ng c¸c ch©n Ch©n 2 (V-): ch©n nèi ®Êt. Ch©n 3 (V+): ch©n cÊp nguån. Ch©n 5 (Signal input): ch©n ®­a tÝn hiÖu vµo. Ch©n 7 (Reference output): ch©n tham chiÕu ra. Ch©n 8 (Reference adjust): ch©n ®iÒu chØnh tham chiÕu. Ch©n 9 (Mode select): ch©n lùa chän chÕ ®é, ®Çu vµo lùa chän chÕ ®é cho phÐp kÕt nèi c¸c Lm3915 víi nhau, vµ ®iÒu khiÓn chÕ ®é ho¹t ®éng hiÓn thÞ cét hay ®iÓm. Cã c¸c c¸ch c¬ b¶n ®Ó sö dông ®Çu vµo nµy nh­ sau: C¸c ch©n 10 ->18, ch©n 1 lµ c¸c ®Çu ra cho phÐp kÕt nèi víi thiÕt bÞ hiÓn thÞ. Ch­¬ng 3: ThiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m¹ch ph©n tÝch phæ ©m thanh 3.1. S¬ ®å khèi: Trong ®å ¸n nµy, m¹ch ph©n tÝch phæ ©m tÇn cã ®é ph©n tÝch lµ tÇn sè 10, ®é ph©n tÝch biªn ®é còng lµ 10. Trong m¹ch sö dông m¹ch hiÓn thÞ d¹ng quÐt ®Ó m¹ch gän nhÑ, c¸c ®­êng kÕt nèi Ýt còng nh­ sè l­îng c¸c linh kiÖn ®­îc gi¶m.
Chia m¹ch thµnh c¸c phÇn chÝnh nh­ sau: khèi m¹ch läc víi c¸c chuyÓn m¹c ®iÖn tö; khèi m¹ch dao ®éng, ®Õm, thóc víi m¹ch ®iÒu khiÓn LED; vµ khèi m¹ch ma trËn LED hiÓn thÞ. 3.1.1. Khèi m¹ch läc vµ chuyÓn m¹ch ®iÖn tö:
TÝn hiÖu tõ ng· vµo ®­îc ®­a ®ång thêi vµo tÊt c¶ c¸c bé läc, t¹i ng· ra cña c¸c bé läc nµy ®­îc ®­a vµo chuyÓn m¹ch ®iÖn tö víi c¸c ng· vµo d÷ liÖu ®iÒu khiÓn chuyÓn m¹ch. T¹i mét thêi ®iÓm chØ cã tÝn hiÖu ra cña mét bé läc. §iÒu nµy ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®­a vµo c¸c d÷ liÖu chuyÓn m¹ch thÝch hîp. 3.1.2. Khoái maïch dao ñoäng, ñeám, thuùc vôùi maïch ®iÒu khiÓn LED:
Trong khèi nµy, m¹ch ®iÒu khiÓn LED lµ ®éc lËp víi nh÷ng phÇn kh¸c nh­ng ®Ó cho gän nªn ®­îc gép chung vµo phÇn nµy. TÝn hiÖu ®­îc ®­a vµo m¹ch ®iÒu khiÓn LED ®Ó cã ®­îc d÷ liÖu t­¬ng øng ë ng· ra hµng. M¹ch dao ®éng t¹o xung clock cÊp cho m¹ch ®Õm kÕt hîp víi m¹ch gi¶i m·,c¸c ng· ra cña m¹ch gi¶i m· chÝnh lµ c¸c ng· ra d÷ liÖu chuyÓn m¹ch cho bé chuyÓn m¹ch, ®ång thêi c¸c ng· ra nµy còng ®­îc ®­a vµo m¹ch thóc ®Ó cho ra c¸c ng· ra cét dïng ®Ó quÐt c¸c cét. 3.1.3. Khèi m¹ch ma trËn LED hiÓn thÞ: Khèi nµy lµ khèi ®¬n gi¶n nhÊt so víi c¸c khèi. §©y lµ mét ma trËn gåm c¸c hµng vµ c¸c cét. Giao ®iÓm cña hµng vµ cét chÝnh lµ LED ®­îc g¾n vµo. D÷ liÖu ®­îc ®­a vµo hµng t¹i tõng thêi ®iÓm t­¬ng øng víi cét ®­îc chän ®Ó hiÓn thÞ.
3.2. ThiÕt kÕ, tÝnh to¸n: 3.2.1. Khèi m¹ch läc vµ chuyÓn m¹ch ®iÖn tö: 3.21. ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch läc: Tïy theo tõng cÊp m¸y, ta cã thÓ gÆp c¸c m¹ch ph©n tÝch phæ ©m tÇn ®­îc ph©n chia thµnh nh÷ng tÇn sè trung t©m cña c¸c bé läc nh­ 20Hz, 30Hz, 60Hz, 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1KHz, 2KHz, 4KHz, 8KHz, 16KHz, 20KHz,.... ë c¸c m¹ch ph©n tÝch phæ ©m tÇn ®¬n gi¶n h¬n, ta cã thÓ gÆp tÇn sè trung t©m cña c¸c bé läcchØ cã 5 tÇn sè, mét sè lo¹i chuyªn dông, sè tÇn sè trung t©m lªn ®Õn 10, 15, 16,32,... vµ dÜ nhiªn sè l­îng tÇn sè trung t©m cµng nhiÒu th× m¹ch cµng cã chÊt l­îng cµng cao. Th«ng th­êng, c¸c tÇn sè trung t©m ®­îc biÕn thiªn theo qui luËt Octave (tÇn sè t¨ng gÊp ®«i), chÝnh lµ do vÊn ®Ò xö lý hµi (harmonic). §iÒu nµy quyÕt ®Þnh rÊt lín ®èi víi ®é râ, chÊt l­îng cña c¸c nguån ©m ®a d¹ng nh­ c¸c bµi nh¹c hßa tÊu víi nhiÒu lo¹i nh¹c cô kh¸c nhau. VÝ dô nh­: th«ng th­êng ta ph©n biÖt ®­îc nèt La ë cïng b¸t ®é cña mét ®µn guitar vµ cña piano ®­îc chÝnh lµ nhê c¸c hµi ë c¸c b¸t ®é cao h¬n cña nèt La chuÈn mµ ta ph©n biÖt ®­îc ë hai nh¹c cô. Ta cã thÓ diÔn t¶ mét sè tÇn sè mµ lo¹i nh¹c cô cã thÓ ®¹t ®­îc nh­ sau: - ë tÇn sè 30Hz: th­êng nghe ë c¸c lo¹i Bass violin, Bass Tuba, Contrebass,... - ë tÇn sè 60Hz: th­êng nghe ë c¸c lo¹i Trombone, Bassoon, Cello,... - ë tÇn sè 100Hz: th­êng nghe ë c¸c lo¹i Viola, giäng nãi con ng­êi, Kettle drum, c¸c guitar bass, trèng,... - ë tÇn sè 330Hz: th­êng nghe ë ®a sè c¸c ©m c¬ b¶n cña c¸c nh¹c cô vµ giäng nãi con ng­êi. - ë tÇn sè 1KHz: vïng tËp trung c¸c ©m thanh cña c¸c lo¹i nh¹c cô, c¸c ©m cao cña con ng­êi. - ë tÇn sè 3,3KHz: tËp trung c¸c ©m thanh do c¸c lo¹i ®µn d©y t¹o ra. nÐt ë d·y tÇn sè l©n cËn nµy. ë tÇn sè 10KHz: tËp trung hµi bËc cao cña ©m c¬ b¶n cña c¸c lo¹i nh¹c cô, tiÕng x× cña b¨ng tõ g©y ra. - ë