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1、EM9331/ EM9331N- 1 -EM9331/EM9331N 多功能数据采集模块技术说明书1. 概述 EM9331/EM9331N多功能数据采集模块适用于提供了 10M/100M以太网 RJ-45接口的计算机及其他智能设备，具有真正的热插拔、即插即用（PnP）功能。采用 TCP协议与计算机通信，计算机操作系统可选用目前流行的 Windows 系列、高稳定性的 Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统 LabVIEW/LabWindowsCVI等软件环境。在硬件的安装上非常简单，使用时只需将 EM9331/EM9331N的 RJ-45接口与计算机内任何一个 RJ-45接口相连，其模
2、入、模出、IO 信号、脉冲输入信号均由模块上的双排针插头与外部信号源及设备连接。模入部分，用户可根据实际需要选择单端或双端输入方式，其 A/D 转换启动方式可以选用程控触发。模出部分，本模块有 4路模拟信号输出，电流、电压 2种形式共 6种输出量程。开关量部分，本模块有 16路数字量输入和 16路数字量输出接口，光隔 16路输出可配接 PS002继电器板。计数部分，本模块有 3路 16位字长的计数器。2. 主要技术指标2.1 以太网指标：10/100 以太网控制器遵循 IEEE 802.3-2002 规范在 100Mbps 和 10Mbps 速率运作下支持全双工和半双工的操作方式集成 10/1
3、00Mbps 收发器（PHY）自动的 MDI/MDI-X 交叉校验2.2 协议采用 TCP 协议端口号默认为 80002.3 模拟量输入部分 输入通道数：单端 32路 * ；双端 16路 输入信号范围：05V,010V*, 5V 可编程增益：X1、X10、X100 （增益档用户可定制） 输入阻抗：10M AD 转换精度：12 位 AD 转换非线性误差：1LSB 隔离电压EM9331N隔离电压 2500VrmsEM9331无隔离2.4 模拟量输出部分： 输出通道数：4 路 输出范围：电压方式：05V，5V, 010V*，10V电流方式：020 mA ,420 mA 输出阻抗： 2 ( 电压方式
4、) D/A 转换分辨率：12 位 电压输出方式负载电流： 10mA 隔离电压EM9331N隔离电压 2500VrmsEM9331EM9331/ EM9331N- 2 -无隔离2.5 数字量部分EM9331N输入路数：16 路光隔, 5V/12V/24V*数字量输入电平可选，出厂默认，24V。输出路数：16 路光隔，可以接 PS-002继电器板，或驱动其它设备。光隔输出采用 OC输出，驱动的电平取决于输出供电。EM9331输入路数：16 路 TTL, 3.3V电平，可承受 5V电平。输出路数：16 路 TTL，3.3V 电平输出。2.6 计数器/测频部分EM9331N16 位字长计数器：3 路光
5、隔输入，出厂默认，24VEM933116 位字长计数器：3 路 TTL输入, 3.3V 电平，可承受 5V电平。2.7 电源功耗 电压 +8V 40V(10) 范围电流 500mA24V2.8 使用环境工作温度： 1040相对湿度： 4080存贮温度： -55+852.9尺寸：裸板尺寸： 长宽162.9mm102.6mm外形(模具)尺寸：长宽厚 =190mm109mm36mm3. 工作原理EM9331/EM9331N多功能数据采集模块主要由多路模拟开关选通电路、高精度放大电路、可编程增益电路、模数转换电路、DCDC 电路、模数转换电路、开关量输入输出电路、计数器电路、隔离电路和接口控制逻辑电路
6、、供电电路等部分组成。3.1 模入部分3.1.1 高速多路模拟开关选通电路本电路由 2片 ADG408（或同类产品）及跨接选择器 JP2组成，用以从 32路单端信号或 16路双端信号中选择其中一路，送入后端的放大器电路处理。3.1.2 高速高精度、差分、可编程增益放大器电路该电路由片高速高精度放大器 INA128、lm353 组成，用以对通道开关选中的模拟信号进行自动增益放大、变换调理，以提供模数转换电路所需要的信号。3.1.3 高速模数转换电路本模块选用 B-B公司的 AD 器件 ADS7822（12 bit）作为本卡的模数转换器件。采用外部精密基准电源。3.2 模出部分模拟量输出部分由 D
7、/A 转换器件 DAC7615和有关的基准源、运放、调零调满电位器、阻容件和跨接选择器组成。依靠改变跨接套（JP4JP13）的连接方式，可分别选择不同的输出量程。D/A部分具有上电电压输出选择功能，当模块加电时，本模块将根据 JP5跳线的位置，选择输出不同的电压。3.3 开关量输入输出电路EM9331/ EM9331N- 3 -本模块提供了 16路隔离（非隔离 TTL）的开关量输入、16 路隔离（非隔离 TTL）的开关量输出信号通道。使用中需注意对这些信号的电平要求,选合适的驱动。3.4 计数/定时器部分计数器电路由系统 ARM主芯片的计数功能实现。可为用户提供 3个 16位字长的计数/测频功
8、能。使用中需注意对这些信号的电平要求（隔离或 TTL电平）,选合适的驱动。3.5 接口控制逻辑电路接口控制逻辑电路用来将以太网总线控制逻辑转换成与各种操作相关的控制信号。3.6 供电电路供电电路由芯片 LM2675芯片及其外围电路组成，用户需提供能输出 8-40V的直流电源，插座中心为正极。4. 安装及使用注意本模块的安装十分简便，无需将主机机壳打开，也无需关电。本模块供电，给模块电源插座提供 8-40V的直流电源即可。本模块采用的模拟开关是 COMS 电路，容易因静电击穿或过流造成损坏，所以在打开模块盒或用手触摸本模块电路板时，应事先将人体所带静电荷对地放掉，同时应避免直接用手接触器件管脚，
9、以免损坏器件。本模块 RJ-45接口允许从计算机上带电插拔。当模入通道不全部使用时，应将不使用的通道就近对地短接，不要使其悬空，以避免造成通道间串扰和损坏通道。为保证安全及采集精度，应确保系统地线（计算机及外接仪器机壳）接地良好。特别是使用双端输入方式时，为防止外界较大的共模干扰，应注意对信号线进行屏蔽处理。5. 使用与操作5.1 主要可调整元件位置机接插件见图 1。EM9331/ EM9331N- 4 -图 1 主要可调整元件位置图5.2指示灯 D3、D4：D3亮 指示模块 5V供电正常D4亮 指示模块运行正常5.3 跨接器的使用：5.3.1 AD 量程选择：本模块由跳线 JP3实现 A/D
10、 量程及单双极性的变化，其使用方法见图 2。a.010V 输入 b. 05V 输入 c. 5V 输入图 2 AD 量程选择5.3.2 AD 单端双端方式选择:JP2为单端双端方式选择插座，其使用方法见图 3。EM9331/ EM9331N- 5 -a. 单端输入方式 b. 双端输入方式图 3 单双端方式选择5.3.3 D/A输出跳线选择本模块由跳线 JP4与跳线 JP6JP13 分别组合实现 A/D 量程及单双极性的变化，JP4 为输出极性选择，JP6JP13 为 D/A量程选择插座，其使用方法见图 4(以通道一电压、电流输出跳线为例)。a. 05V 输出 b. 010V 输出 c. 5V输出
11、 d. 10V输出 e. 020mA 输出 f. 420mA 输出图 4 D/A量程选择JP10对应 D/A CH0 电压输出，JP6 对应 D/A CH0 电流输出；JP13对应 D/A CH1 电压输出，JP8 对应 D/A CH1 电流输出；JP11对应 D/A CH2 电压输出，JP7 对应 D/A CH2 电流输出；JP12对应 D/A CH3 电压输出，JP9 对应 D/A CH3 电流输出。本模块上电 D/A复位输出电压有两种，一种是输出 D/A量程的下限，一种是输出 D/A量程的二分之一，通过跳线 JP5 可以实现不同的复位输出电压，其使用方法见图 5。输出 D/A量程的下限（
12、出厂默认） 输出 D/A量程的 1/2图 5 D/A上电输出电压选择当 JP5 跳线在 “输出 D/A量程的下限” 位置时，D/A 量程“05V 输出”和“010V 输出” ，D/A 上电输出0V；D/A 量程“5V 输出” ， D/A上电输出-5V；D/A 量程 “10V输出” ，D/A 上电输出-10V。当 JP5 跳线在 “输出 D/A量程的 1/2” 位置时，D/A 量程“5V 输出”和“10V 输出” ，D/A 上电输出0V；D/A 量程“05V 输出” ， D/A 上电输出 2.5V；D/A 量程“010V 输出” ，D/A 上电输出 5V。5.3.4 调试接口Jtag1 是调试用
13、插座，用户不必关心，不要将它们的针任意短接。EM9331/ EM9331N- 6 -5.4 输入输出接口定义：5.4.1 模拟部分：本模块 26芯扁平电缆插座 J3、J4 的信号定义见表 1、表 2 ，用户可根据需要选择连接信号线(单端)或信号线组(双端)，进行 AD接线。为减少信号杂波串扰和保护通道开关，凡不使用的信号端应就近与模拟地短接，这一点在小信号放大使用时尤其重要。表 1 J3模拟输入信号端口定义(括号内表示双端方式)插座引脚号 信 号 定 义 插座引脚号 信 号 定 义1 模拟地 2 模拟地3 CH1(CH1+) 4 CH2(CH1-)5 CH3(CH2+) 6 CH4(CH2-)
14、7 CH5(CH3+) 8 CH6(CH3-)9 CH7(CH4+) 10 CH8(CH4-)11 CH9(CH5+) 12 CH10(CH5-)13 CH11(CH6+) 14 CH12(CH6-)15 CH13(CH7+) 16 CH14(CH7-17 CH15(CH8+) 18 CH16(CH8-)19 模拟地 20 模拟地21 模拟地 22 模拟地23 模拟地 24 模拟地25 模拟地 26 模拟地表 2 J4模拟输入输出信号端口定义(括号内表示双端方式)插座引脚号 信 号 定 义 插座引脚号 信 号 定 义1 CH17(CH9+) 2 CH18(CH9-)3 CH19(CH10+)
15、4 CH20(CH10-)5 CH21(CH11+) 6 CH22(CH11-)7 CH23(CH12+) 8 CH24(CH12-)9 CH25(CH13+) 10 CH26(CH13-)11 CH27(CH14+) 12 CH28(CH14-)13 CH29(CH15+) 14 CH30(CH15-15 CH31(CH16+) 16 CH32(CH16-)17 模拟地 18 模拟地19 电压 DA0 20 电压 DA121 电压 DA2 22 电压 DA323 电流 DA0 24 电流 DA125 电流 DA2 26 电流 DA35.4.2 开关量及定时计数部分：本模块 40芯扁平线插座 J5的信号定义见表 3 。表 3 J5开关量及脉冲输入端口定义插座引脚号 信 号 定 义 插座引脚号 信 号 定 义40 DO1数字量输出 39 DO2数字量输出38 DO3数字量输出 37 DO4数字量输出36 DO5数字量输出 35 DO6数字量输出34 DO7数字量输出 33 DO8数字量输出32 DO9数字量输出 31 DO10数字量输出n
