LED示波器的工作原理及電路圖

本文介紹的簡(jiǎn)單LED示波器電路可用于通過(guò)10 x 10 LED矩陣顯示器分析低頻波形。

由于顯示板中只有100個(gè)LED參與，分辨率低，波形顯示清晰度不是那么令人印象深刻。然而，該LED示波器電路在分析基本低頻波形時(shí)表現(xiàn)相當(dāng)不錯(cuò)。

電路說(shuō)明

電路的核心是兩個(gè)IC，IC2和IC3，分別是IC LM3915和IC 4017。

在詳細(xì)介紹所提出的LED示波器電路之前，首先要了解這兩個(gè)IC的簡(jiǎn)要功能細(xì)節(jié)。

LM3915 工作原理

LM3915 是一款點(diǎn)/條顯示驅(qū)動(dòng)器 IC。

該 IC 的輸出依次從引腳 #1 激活到引腳 #10，以響應(yīng)其引腳 #5 和地上不斷增加的電壓電平。

因此，當(dāng)在引腳#5處施加上升電位時(shí)，低邏輯相應(yīng)地從引腳#1向引腳#10偏移，以響應(yīng)這種上升電位。

如果 LED 連接在引腳 #1 和引腳 #10 上，其公共陽(yáng)極連接到正極，則這些 LED 將從引腳 #1 依次亮起，直到引腳 #10，反之亦然，以響應(yīng)引腳 #5 和 IC 接地上的電壓上升、下降。

當(dāng)IC的引腳#9未連接時(shí)，所有輸出序列均不鎖存，為連接的LED創(chuàng)建點(diǎn)狀移動(dòng)。

然而，當(dāng)引腳#9連接到正電源時(shí)，IC的輸出引腳以鎖存模式排序，以便引腳排列按順序前進(jìn)，并且一個(gè)接一個(gè)地鎖存，從而在連接的LED上產(chǎn)生類(lèi)似上升條的效果。

在該LED示波器電路中，IC LM3915配置為檢測(cè)輸入波形信號(hào)的上升/下降幅度電壓，從而產(chǎn)生相應(yīng)的移位輸出，其形式為在LED矩陣上上下移動(dòng)的低邏輯。

IC 4017 功能

從技術(shù)上講，IC 4017 是一款具有 10 個(gè)解碼輸出的約翰遜十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

與 IC LM3915 一樣，IC 4017 也表現(xiàn)出從引腳 #3 到引腳 #11 的順序激活輸出，但是，輸出的這種順序移位響應(yīng)其引腳 #14 的開(kāi)/關(guān)脈沖。

這意味著，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)正脈沖到達(dá)引腳#14時(shí)，邏輯高電平輸出從引腳#3移動(dòng)到引腳#2，當(dāng)?shù)诙€(gè)脈沖到達(dá)引腳#14時(shí)，邏輯高電平脈沖從引腳#2移動(dòng)到引腳#4.。..邏輯高電平的順序移位一直持續(xù)到到達(dá)引腳#11，當(dāng)IC復(fù)位時(shí)， 邏輯高電平恢復(fù)到引腳#3，以換一個(gè)新的周期。

在本LED示波器文章中，IC 4017配置為產(chǎn)生時(shí)基發(fā)生器，該時(shí)基發(fā)生器對(duì)應(yīng)于要分析的輸入波形的周期。

LED 示波器的工作原理

簡(jiǎn)單LED示波器的完整電路原理圖如下圖所示：

零件清單

R1 = 150 歐姆

R2， R5 = 1k，

R3， R6 = 10k

R4 = 18k

VR1 = 470k 電位器

VR2 = 4k7 電位器

VR3 = 2k2 電位器

C1 = 47 nF

C2 = 10 nF

SW1 = 按壓接通開(kāi)關(guān)（微動(dòng)開(kāi)關(guān)）

IC1 = 任何 555 IC

IC2 = LM3915 或 LM3914

IC3 = 任何 4017 IC

所有 LED 均為 5 mm 紅色或綠色，20 mA 型

如上所述，IC LM3915 檢測(cè)波形的振蕩電壓，并相應(yīng)地在其輸出端生成低邏輯，該邏輯根據(jù)波形幅度依次向上/向下移動(dòng)。

這種向上/向下移動(dòng)發(fā)生在 Y 軸上。

然而，為了跟蹤波形，我們需要使該幅度掃過(guò)X軸，以便波形在LED矩陣上可見(jiàn)。

此過(guò)程由 IC 4017 輸出完成。

由于 IC 4017 輸出產(chǎn)生移位邏輯高電平，而 IC LM3915 輸出產(chǎn)生移位邏輯低電平，因此 LED 的所有陽(yáng)極都與 IC 4017 輸出連接，LED 的所有陰極都與 IC LM3915 輸出連接。

這使得 IC 4017 的輸出像時(shí)基發(fā)生器一樣工作，而 IC LM3915 的輸出像信號(hào)調(diào)制器一樣工作。

IC 4017也可以想象成一個(gè)載波信號(hào)發(fā)生器，就像我們?cè)贏M/FM發(fā)射器波形中一樣。

現(xiàn)在，如前所述，IC 4017的輸出將僅響應(yīng)施加在其引腳#14上的振蕩脈沖時(shí)按順序移動(dòng)。

這是通過(guò)配置為非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的IC 555電路實(shí)現(xiàn)的。

IC 555引腳#3處產(chǎn)生的振蕩脈沖施加到IC 4017的引腳#14，這導(dǎo)致IC 4017的輸出產(chǎn)生從其引腳#3到引腳#11的順序運(yùn)行高邏輯。

如何在 LED 矩陣上生成波形模式

現(xiàn)在，讓我們分析一下在IC LM3915的引腳#5上施加外部波形信號(hào)時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

Y 軸上的 LED 由 LM3915 輸出控制，該輸出指示波形的幅度。

X 軸上的 LED 由 IC 4017 輸出控制，該輸出指示示波器的時(shí)基頻率。

IC LM3915 檢測(cè)波形的幅度，并在連接的 LED 上生成相應(yīng)的上下移動(dòng)低電平邏輯。

由于 4017 還提供具有一定頻率的移位邏輯，因此 LM3915 輸出在 Y 軸上的上/下 LED 照明會(huì)掃過(guò) X 軸，因此它對(duì)應(yīng)于波形的時(shí)間段。

這允許在 10 x 10 LED 矩陣上模擬掃描波形模式。

IC 4017輸出的偏移速度決定了波形的方向。

如果速度小于波形的時(shí)間段，則LED波形顯示為從右向左移動(dòng)，當(dāng)速度高于波形時(shí)間段時(shí)，LED波形似乎從左向右移動(dòng)。

該速度決定了IC 4017的時(shí)基頻率，該頻率由IC 555非穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生，并且可以借助VR1可變電阻器進(jìn)行調(diào)整。

示波器調(diào)整

所有示波器通過(guò)電位計(jì)進(jìn)行三個(gè)基本調(diào)整，時(shí)基頻率調(diào)整、幅度或電壓刻度調(diào)整以及 Y 軸位置調(diào)整。

這些調(diào)整允許正確優(yōu)化屏幕上的波形模式，以便于正確分析波形。

所討論的LED示波器電路還包括這三個(gè)基本的調(diào)整功能。

電位器VR1允許在IC 4017輸出端調(diào)整時(shí)基頻率。

電位器VR2調(diào)整LM3915引腳#5上波形的電壓電平，從而有助于調(diào)整LED顯示屏上波形的幅度電壓標(biāo)度。

VR3 有助于調(diào)整 10 x 10 LED 矩陣顯示屏上的 Y 軸偏移。

按下開(kāi)關(guān)SW1可暫時(shí)禁用IC 4017時(shí)基，防止波形水平掃描。
審核編輯：陳陳