LED示波器的工作原理及电路图

本文介绍的简单LED示波器电路可用于通过10 x 10 LED矩阵显示器分析低频波形。

由于显示板中只有100个LED参与，分辨率低，波形显示清晰度不是那么令人印象深刻。然而，该LED示波器电路在分析基本低频波形时表现相当不错。

电路说明

电路的核心是两个IC，IC2和IC3，分别是IC LM3915和IC 4017。

在详细介绍所提出的LED示波器电路之前，首先要了解这两个IC的简要功能细节。

LM3915 工作原理

LM3915 是一款点/条显示驱动器 IC。

该 IC 的输出依次从引脚 #1 激活到引脚 #10，以响应其引脚 #5 和地上不断增加的电压电平。

因此，当在引脚#5处施加上升电位时，低逻辑相应地从引脚#1向引脚#10偏移，以响应这种上升电位。

如果 LED 连接在引脚 #1 和引脚 #10 上，其公共阳极连接到正极，则这些 LED 将从引脚 #1 依次亮起，直到引脚 #10，反之亦然，以响应引脚 #5 和 IC 接地上的电压上升、下降。

当IC的引脚#9未连接时，所有输出序列均不锁存，为连接的LED创建点状移动。

然而，当引脚#9连接到正电源时，IC的输出引脚以锁存模式排序，以便引脚排列按顺序前进，并且一个接一个地锁存，从而在连接的LED上产生类似上升条的效果。

在该LED示波器电路中，IC LM3915配置为检测输入波形信号的上升/下降幅度电压，从而产生相应的移位输出，其形式为在LED矩阵上上下移动的低逻辑。

IC 4017 功能

从技术上讲，IC 4017 是一款具有 10 个解码输出的约翰逊十进制计数器。

与 IC LM3915 一样，IC 4017 也表现出从引脚 #3 到引脚 #11 的顺序激活输出，但是，输出的这种顺序移位响应其引脚 #14 的开/关脉冲。

这意味着，当第一个正脉冲到达引脚#14时，逻辑高电平输出从引脚#3移动到引脚#2，当第二个脉冲到达引脚#14时，逻辑高电平脉冲从引脚#2移动到引脚#4.。..逻辑高电平的顺序移位一直持续到到达引脚#11，当IC复位时， 逻辑高电平恢复到引脚#3，以换一个新的周期。

在本LED示波器文章中，IC 4017配置为产生时基发生器，该时基发生器对应于要分析的输入波形的周期。

LED 示波器的工作原理

简单LED示波器的完整电路原理图如下图所示：

零件清单

R1 = 150 欧姆

R2， R5 = 1k，

R3， R6 = 10k

R4 = 18k

VR1 = 470k 电位器

VR2 = 4k7 电位器

VR3 = 2k2 电位器

C1 = 47 nF

C2 = 10 nF

SW1 = 按压接通开关（微动开关）

IC1 = 任何 555 IC

IC2 = LM3915 或 LM3914

IC3 = 任何 4017 IC

所有 LED 均为 5 mm 红色或绿色，20 mA 型

如上所述，IC LM3915 检测波形的振荡电压，并相应地在其输出端生成低逻辑，该逻辑根据波形幅度依次向上/向下移动。

这种向上/向下移动发生在 Y 轴上。

然而，为了跟踪波形，我们需要使该幅度扫过X轴，以便波形在LED矩阵上可见。

此过程由 IC 4017 输出完成。

由于 IC 4017 输出产生移位逻辑高电平，而 IC LM3915 输出产生移位逻辑低电平，因此 LED 的所有阳极都与 IC 4017 输出连接，LED 的所有阴极都与 IC LM3915 输出连接。

这使得 IC 4017 的输出像时基发生器一样工作，而 IC LM3915 的输出像信号调制器一样工作。

IC 4017也可以想象成一个载波信号发生器，就像我们在AM/FM发射器波形中一样。

现在，如前所述，IC 4017的输出将仅响应施加在其引脚#14上的振荡脉冲时按顺序移动。

这是通过配置为非稳态多谐振荡器的IC 555电路实现的。

IC 555引脚#3处产生的振荡脉冲施加到IC 4017的引脚#14，这导致IC 4017的输出产生从其引脚#3到引脚#11的顺序运行高逻辑。

如何在 LED 矩阵上生成波形模式

现在，让我们分析一下在IC LM3915的引脚#5上施加外部波形信号时会发生什么。

Y 轴上的 LED 由 LM3915 输出控制，该输出指示波形的幅度。

X 轴上的 LED 由 IC 4017 输出控制，该输出指示示波器的时基频率。

IC LM3915 检测波形的幅度，并在连接的 LED 上生成相应的上下移动低电平逻辑。

由于 4017 还提供具有一定频率的移位逻辑，因此 LM3915 输出在 Y 轴上的上/下 LED 照明会扫过 X 轴，因此它对应于波形的时间段。

这允许在 10 x 10 LED 矩阵上模拟扫描波形模式。

IC 4017输出的偏移速度决定了波形的方向。

如果速度小于波形的时间段，则LED波形显示为从右向左移动，当速度高于波形时间段时，LED波形似乎从左向右移动。

该速度决定了IC 4017的时基频率，该频率由IC 555非稳态产生，并且可以借助VR1可变电阻器进行调整。

示波器调整

所有示波器通过电位计进行三个基本调整，时基频率调整、幅度或电压刻度调整以及 Y 轴位置调整。

这些调整允许正确优化屏幕上的波形模式，以便于正确分析波形。

所讨论的LED示波器电路还包括这三个基本的调整功能。

电位器VR1允许在IC 4017输出端调整时基频率。

电位器VR2调整LM3915引脚#5上波形的电压电平，从而有助于调整LED显示屏上波形的幅度电压标度。

VR3 有助于调整 10 x 10 LED 矩阵显示屏上的 Y 轴偏移。

按下开关SW1可暂时禁用IC 4017时基，防止波形水平扫描。
审核编辑：陈陈