uC gesteuerte VU Anzeige

Schaltung für VU Anzeigen gibt es viele, aber die meisten einfachen Schaltungen haben einen Nachteil:
Bei kleinen Signalen erhält man fast keine Anzeige und bei etwas lauteren übersteuert die Anzeige. Weiterhin ist die Steuerung von großen Anzeigen mit mehr als 10 LEDs pro Kanal meist recht aufwendig und/oder teuer, da Spezial ICs wie der LM3914/15 nicht gerade billig sind. Daher entstand diese Lösung mit einem uC mit integriertem AD Wandler, der alle diese Probleme umgeht. Strenggenommen ist es aber kein VU (Volume Unit) Meter sondern ein (PPM) Peak Power Meter, da ein Spitzenwertgleichrichter verwendet wird. Dies ist vor allem zur Kontrolle einer Übersteuerung von z.B. einer Endstufe oder eines AD Wandlers sinnvoll.

Auf der linken Platine befindet sich die gesamte Elektronik, auf der rechten nur die 2x 32 LEDs. Da diese gemultiplext werden, benötigt man nur relativ wenige (20) Leitungen zwischen beiden Platinen.

 

 

 

An der Schaltung ist nichts besonderes:
Links befindet sich der Eingangsverstärker, in der Mitte der AVR uC der die Spannungen digitalisiert und über die 2x8 + 4 Transistoren die LEDs ansteuert.
Das einzige was man beim Aufbau beachten sollte ist der analoge Signalweg. Dieser sollte sich möglichst wenig mit den digitalen Signalen kreuzen, da hier größere Spitzenströme fließen, die leicht Störungen produzieren können. Dazu baut man am besten den analogen Teil als erstes auf eine Seite des AVR und den digitalen auf die andere. Der Aufbau wie ich ihn gewählt habe ist eigentlich nicht der beste, aber leider hat sich die Schaltung Stück für Stück entwickelt und ich hatte nur noch am Rand Platz für den Eingangsverstärker, weit weg von den ADC Eingängen rechts oben am AVR.

Die Schaltung ist einfacher als man auf den ersten Blick vermuten würde, wenn man sie in zwei Teile auftrennt:
a) Die analoge Signalaufbereitung besteht aus einem Verstärker, der die Signale von Line oder Mikrofonpegel auf 2,5Vss für die AD Wandler im uC erhöht. Hinter dem Verstärker befindet sich ein Tiefpassfilter um eventuell vorhandenes Rauschen und höhere Frequenzanteile als 5kHz zu beseitigen, da diese sonst zu Messfehlern im ADC führen würden.
Der Spannungsteiler aus R28, R27 und R29 stellt die benötigte Offsetspannung von etwa 1,28V für die ADC Eingänge zur Verfügung, um das Signal im Ruhezustand genau in die Mitte des Messbereis zu legen. Wenn dieser Poti richtig abgeglichen ist, leuchtet im Ruhezustand maximal 1 LED auf (bei mir garkeine). Hiermit enden dann auch die analogen Signale.

b) Die Signale werden digitalisiert, per Software gleichgerichtet und der Spitzenwert in ein virtuelles RC Glied geladen. Um die gemessenen Werte im Bereich 0 bis 1023 sinnvoll auf wenigen LEDs anzuzeigen, wird der Wertebereich durch eine einfache Wurzelfunktion auf einen Bereich von 0-31 verringert. Das hat auch den Nebeneffekt, dass sowohl kleine Werte gut sichtbar dargestellt werden können, als auch große Werte die entsprechend stärker zusammengerückt werden, so dass man eine pseudo logarithmische Anzeige erhält.
Um 2x 32 LEDs ohne großen Aufwand ansteuern zu können, werden diese in einem Multiplex betrieben. So leuchten pro Kanal nur 8 LEDs, also insgesamt immer 16 LEDs gleichzeitig auf.
IC2 und IC3 sind Treiber für die LEDs, da der uC nicht die 40mA pro LED liefern kann. Immerhin fließen bei 16 eingeschalteten LEDs insgesamt 640mA ! IC2 und IC3 sind Transistorarrays, sie können aber auch durch normale NPN Transistoren mit Vorwiderständenen wie dem BC547 ersetzt werden. Q1 bis 4 dienen zur Auswahl der 4 LED Bereich für den Multiplex. Aufgrund des hohen Stromes sind hier PNP Transistoren mit mindestens 0,5-1A einzusetzen.
LED65 und LED66 dienen als Übersteuerungsanzeige für den AD Wandler und somit auch für die ganze Anzeige. Im Normalbetrieb sollten diese LEDs nicht aufleuchten.

Und hier das wichtigeste: Die Software als Hex Datei. Einfach in einen mit 16MHz laufenden AT90S8535 oder ATmega8535 brennen und das VU Meter ist fertig.

Hier noch ein Video, damit man das ganze auch in Aktion sieht. Am Anfang wird die Lautstärke langsam von Null an erhöht. Der Dynamikbereich ist so hoch, dass der Balken bereits ausschlägt, wenn man die Musik noch garnicht hört, da das Lüftergeräusch des PCs diese überdeckt.

 

 

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