오디오 쿠키는 작고 재미있는 오디오 툴들을 제작합니다

    EW4SM 목차
  1. LED Level Meter
  2. 기초 회로 실습
  3. Arduino
    1. 프로그래밍 기초
    2. 연산자와 IF문
    3. PAN Knob 구현
    4. FOR Loop, 레벨 표시
    5. Serial로 값 표시
    6. DO-WHILE 문법
    7. FUNCTION 사용
  4. Mini Powered Speaker
  5. Fader Box
    1. Passive Volume
    2. Transformer
    3. Digital UP/DOWN
    4. Digital Volume I
    5. Digital Volume II
    6. Fader ADC
    7. Balanced Output
    8. D.Volume & Balanced
    9. Flying Fader
  6. USB AudioBox (DAC)
    1. AudioBox
  7. MIDI Controller 만들기
    1. Hardware Setup
    2. MIDI Spec.
    3. MIDI Software Programming

LED Level Meter 따라 만들기

  • 첫번째 프로젝트는 LED Level Meter 입니다.
  • 어제 첫번째 모임의 결과대로, 일단 한번 따라해보는 프로젝트입니다.
  • 간단한 공작으로 한 번 해 보고, 괜찮겠다 싶으면 계속하고 아니다 싶으면 그만 두는, 맛보기용 프로젝트입니다.

회로도

  • 뭐가 뭔지 알 수 없는 분들도 계실테고, 피식~ 웃으며 쉽군~ 하실 분도 계신것 같습니다.
  • 다음은 좀 더 보기 쉬운 형태로 만든 회로도 입니다.
  • TI 홈페이지에서 LM3915 데이터시트를 받아서 보시면 위 그림과 비슷한 내용이 있습니다.
  • http://www.ti.com/product/lm3915
  • 데이터시트 2페이지 “Typical Applications” 에 있는 내용입니다.
  • 그 그림을 조금 수정한 것이 위에 나온 그림입니다.
  • 자세한 내용은 다음 문서에서 하기로 하구요, 일단 만들어 보기에 치중해서, 부품부터 구해보겠습니다.
  • 어떻게 생긴것인지, 가격은 얼마나 하는지 디바이스마트 기준으로 링크를 표시했습니다.

부품 리스트

  • LED 빨강 x 3 보기
  • LED 노랑 x 1 보기
  • LED 녹색 x 6 보기
  • LM3915 x 1 보기
  • 18핀 IC소켓 x 1 보기
  • 1.2k 저항 x 1 (최소10개 판매) 보기
  • 10k 가변저항 x 1 보기
  • 만능기판 x 1 보기
  • 9V 스냅 x 1 보기
  • 9V 건전지 x 1
  • 3.5 이어폰 소켓 x 1 보기
  • 3.5 mini 플러그 x 2 (양쪽이 플러그로 된 케이블이 더 좋다) 보기
  • 배선용 테프론선(다른 것을 사용해도 상관 없습니다) 보기

이것 외에 납땜용 도구들이 필요합니다. 관심있는 분들은 구매하셔서 직접 만들어 보시기를 권합니다. ^^

무조건 만들어 보기

각 핀의 설명

  • 우선 LM3915를 구동시키는 최소 회로를 알아보겠습니다.
  • LM3915 각 핀의 기능들을 설명하고 있습니다.
  • Datasheet에 나와있는 내용입니다.
  • 각 핀의 이름이 해당 내용들을 의미하고 있는데요, 그냥 봐선 뭐가 뭔지 싶지요. 자꾸 보다 보면 자세한 내용을 읽지 않아도 대충 짐작할 수 있게 됩니다.
  • 데이터시트를 처음 부터 끝까지 다 읽어가는 것 보다 궁금한 것들이 어디에 씌여 있는지 찾아 보는 형식이 더 알아보기 쉬웠습니다. 궁금한 것 부터 해결하려고 뒤지다 보면 더 잘 보이거든요. 그러다가 엉뚱한 내용을 발견하기도 하구요.

전원

  • 첫번째는 전원이죠. 어떤 칩이든 전원이 들어가야 동작을 하니까요.
  • 데이터시트에서 핀 번호를 보면서 전원을 찾아 봅니다. 전원 표시는 VCC, VDD, V+ 이런 기호로 되어 있습니다.
  • 그리고 접지 부분을 찾습니다. 대체로 GND 로 표시되어 있거나 회로도에서 보았던 땅바닥 모양으로 되어 있습니다.
  • LM3915는 pin 2에 V-, pin3에 V+라고 되어 있습니다. GND 대신 V-가 사용되고 있네요.
  • LM3915는 최소전압, 최대전압 개념으로 V-와 V+를 사용하고 있습니다. 우리는 건전지를 사용했으므로 V-에 건전지 (-)를, V+에 (+)를 연결했죠.
  • V-에 가장 낮은 전압을, V+에 가장 높은 전압을 사용합니다.
  • 데이터 시트에는 24V까지인가 사용할 수 있으니 자동차용 배터리를 그대로 사용해도 됩니다.
  • 접지, 0V, V-가 모두 다른 뜻이지만 여기 이번 회로에서는 모두 같은 뜻이 되어버렸습니다.
  • 접지는 기준을 제시합니다.
  • 0V는 접지에서 0V 만큼 차이가 난다라는 뜻이구요, V-는 접지 보다 낮은 전압을 뜻합니다. 예를들어 9V 건전지를 테스터기로 체크할때 (-)에 검은색, (+)에 빨간색 쓰잖아요. 검은색을 기준으로 빨간색쪽이 9V 높다는 뜻인데요, 이것을 반대로 하면 까만색(+)을 기준으로 빨간색(건전지의 -)가 -9V로 9V 낮다는 뜻입니다.
  • 우리가 회로에서 사용한 방식으로 보면 V-에 0V가 걸렸고, V+에 9V가 걸렸는데 최소 0V에서 최대 9V까지 전원을 공급한다라는 뜻이 됩니다.
  • 여기까지 하면 LM3915가 동작합니다. 단지 우리가 볼 수 없을 뿐이죠. 내부적으로는 동작하고 있습니다. ^^;

측정을 위한 기준 전압

  • 오디오 신호가 입력되면 그 전압을 측정해서 LED를 켠다는 동작이 이 칩이 하는 일이죠.
  • 입력된 전압을 측정하려면 기준 전압이 필요합니다. 비교하기 위해서죠.
  • 컴퓨터 처럼 간단하게 몇 V를 기준으로 하라! 이렇게 설정할 수가 없습니다. 하나 하나 다 알려줘야하죠. 복잡한 기계일 수록 이렇게 뻔한 내용들을 직접 할 일이 없어지고 직관적으로 할수 있습니다만, 그렇게 하기 위해선 누군가 이렇게 뻔한 세팅을 하나씩 다 해야 합니다. 바로 이런 공작을 하는 공작가, 프로그래머 들이죠.
  • 건전지 입력은 시간이 갈 수록 점점 전압이 낮아 집니다. 기준 전압도 따라서 줄어들겠죠. 그래서 측정용 기준값도 달라집니다. 다행스러운 것은 전체 전압에서 기준 전압도 같은 비율로 줄어드니 건전지 수명이 다 할때까지 같은 비율로 측정값을 출력할 수 있습니다.
  • PIN7 : REF OUT로 V+와 V- 사이의 어떤 값이 출력됩니다. 이 값으로 측정할 기준값을 정하라는거죠.
  • 우리 회로에서는 9V 건전지를 사용했더니 REF-OUT이 3V로 출력되었습니다. (V-와 REF-OUT 사이를 측정합니다)
  • 저항을 사용해 전압을 낮추고, 그렇게 만들어진 전압을 REF-ADJ로 입력합니다.
  • REF-ADJ가 이제 측정할 값의 기준이 됩니다. Reference Adjust이라는 말을 표시한 것입니다.
  • 회로에서는 1.2k 저항과 10k 가변저항을 사용했습니다.
  • 테스터기로 V-와 REF-ADJ 사이를 측정해보니 1.6V 정도 측정되었습니다.
  • 이제 오디오 신호 입력이 REF-ADJ인 1.6V와 비교했을때 얼마나 차이가 나는가에 따라 LED를 몇개 켤 것인지를 결정하게됩니다.

측정할 값의 입력 범위

  • 핀 4 : R-LO, 측정 범위의 최소 값
  • 핀 6 : R-HI, 측정 범위의 최대 값
  • 측정할 값은 오디오 신호인데, 그 오디오 신호의 범위를 설정합니다.
  • 우리 회로에서 최소값은 V-와 같이 맞췄습니다. 최대값은 REF-OUT과 같이 맞췄습니다. 측정할 값은 그 사이에 있게되죠.

오디오 입력

  • 오디오 시그널의 전압을 체크합니다.
  • 공작을 하는 우리는 이 전압이 오디오 입력잭의 - 단을 기준으로하는 전압이란 것을 알고 있습니다.
  • 물론 LM3915도 이 내용을 알고있습니다. 그렇지만 이 전압을 잘 알지 못하는 상태입니다.
  • 회로에 있는대로 공작하면 오디오 장치가 연결되지 않았을 때 LED가 다 켜집니다.
  • 전압을 측정해보면 (오디오 입력잭의 -와 +쪽) 값이 들쭉날쭉 하면서 LED도 깜빡입니다.
  • 오디오 입력잭의 전압이 어디를 기준으로 하는지 확실하지 않은 상태이기 때무입니다.
  • 오디오 장치가 연결되면 오디오 단자의 +가 확실히 - 쪽을 기준으로 하고 있다는 상태가 인식되기 때문에 LM3915는 안정적인 동작을 합니다.
  • 오디오 장치가 연결되지 않은 상태의 입력 신호측을 “플로아팅 상태에 있다” 라고 합니다. 붕~ 떠있다는거죠.
  • LM3915는 외부 오디오가 연결되었는지 안되었는지 모르는 상태에서 오디오 입력 전압을 계속 체크하고 있습니다.
  • 부정확한 전압이 체크되는데 기준점이 없으니 확신을 할수 없어 정상적인 동작을 못하고 있는겁니다.
  • 오디오 입력측이 땅바닥(접지)에서 얼마나 올라가 있는지를 LM3915에 알려주면 LM3915는 안심하게 됩니다.
  • 오디오 입력측을 접지와 바로 연결해버리면 오디오 단자의 +와 -가 모두 접지와 붙어 버리니 쇼트가 됩니다.
  • 그래서 오디오 입력단인 pin5와 이 회로의 접지인 pin2 사이에 저항 하나를 연결합니다.
  • 그러면 직접 연결한 것이 아니니 쇼트도 아니고, 접지에서 부터 저항 하나를 사이에 두고 연결되어 있으니 기준점이 분명해집니다.
  • 외부 장치가 연결되지 않은 상태에서 pin5의 전압을 체크하면 0V가 됩니다. 최소 전압과 같으니 LED는 켜지지 않습니다. 불안하게 깜빡이는 동작이 사라집니다.
  • 외부 장치가 연결되어도 정상동작합니다. 오디오 입력은 입력대로 전압이 체크되니까요.
  • 이런 방식으로 저항을 연결하는 것을 “풀다운 저항(Pull-Down)” 이라고 합니다.
  • 반대로 + 쪽과 연결하는 방식도 있는데 그것은 “풀업 저항(Pull-Up)” 이라고 합니다. 이번 회로에서는 사용하지 않습니다.
  • 플로아팅 상태를 해결하는 방식으로 풀업 또는 풀다운 저항을 사용합니다.
  • 여기서는 오디오 입력이 어디를 기준으로 하는가, 평소에 측정되지 않는 값이 0V 이므로 풀다운 저항 연결 방식을 사용했습니다.
  • 오디오 입력에서도 마찬가지입니다.
  • 모든 핀들의 기준이 설정되어 있지만 오디오 입력핀에서만 기준이 설정되어 있지 않습니다.
  • 물론 이 회로를 만드는 우리들은 알고 있습니다. 오디오 입력잭의 - 가 기준으로 한다고 말이죠.
  • 그렇지만 LM3915는 그것을 모르고 있습니다.
  • 그래서 알려줍니다. 오디오 입력 시그날이 기준 전압에서 부터 연결된다. 상태측 오디오가 없어도 라고 말해주는겁니다.
  • 직접 연결해버리면 오디오 +와 - 가 쇼트나 버리니까 사이에 저항하나 달아줍니다.
  • 이런 저항을 풀다운 저항이라고 부릅니다. 자주 사용되니 잘 기억해 두세요.
  • 오디오 입력 신호가 접지를 기준으로 연결되어 있구나 하고 LM3915가 알게됩니다.
  • 상대측 오디오가 연결되어도 정상 동작합니다.

전압 상태 비교

  • LM3915에 사용되는 전압을 표시하고 있습니다.
  • 중요하게 봐야 할 점은 0V라고 하는 기준전압입니다.
  • 9V는 0V를 기준으로 했을 때 9V라고 이해해야 합니다.

다른 모드로 전환

  • LED Level Meter가 잘 동작하는 것을 보았을 것입니다.
  • 이제 LED Level Meter의 움직임을 한 점 형태로 바꿀 수 있습니다.
  • MODE 핀(9번)을 V+(3번)과 연결된 상태가 지금 그대로인 BAR 타입 이구요, 이 연결을 끊어 버리면 점 형태로 동작합니다.
  • 지금 연결된 배선을 끊어 버리고 확인해보세요~ ^^
최종수정 2014.02.18 16:35:26