USB总线技术及应用.docx

USB总线技及术应用 摘要：USB是通用串行总线（Universal Serial Bus）的简称，是一种应用在计算机领域的新型接口技术（也越来越多地应用于嵌入式便携设备），是当前最流行的接口技术之一。USB以其卓越的易用性、稳定性、兼容性、扩展性、完备性、网络性和低功耗等诸多优点得到了迅速发展和广泛的应用。USB是英文Universal Serial Bus的简称，是一种应用在计算机领域的新型接口技术（也越来越多地应用于嵌入式便携设备），是当前最流行的接口技术之一。USB以其卓越的易用性、稳定性、兼容性、扩展性、完备性、网络性和低功耗等诸多优点得到了迅速发展和广泛的应用。当今的计算机外部设备都在追求高速度和高通用性。为了满足用户的需求，以Intel为首的七家公司Intel、Compaq、Microsoft、IBM、DEC、Northern、Telecom以及日本NEC于1994年11月推出了USB（Universal Serial Bus）通用串行总线协议的第一个草案专用于低中速的计算机外设，USB可把多达127个外设同时连到用户的系统上，所有的外设通过协议来共享USB的带宽，其12Mbps的带宽对于键盘鼠标等低中速外设是完全足够。随着USB技术的应用不断深入，在2000年发布的USB规范版本2.0中已经将USB支持的带宽提升到480Mbps。USB 正在不断地占领PC外设的市场，成为了PC外设的主流接口。在自己的产品中使用USB已经成为了一种潮流。如果希望产品被市场接受开发者往往不得不使用USB。现在USB不光成为了微机主板上的标准端口而且还成为了所有微机外设（包括键盘、鼠标、显示器、打印机、数字相机、扫描仪和游戏手柄等等）与主机相连的标准协议之一。这种连接较以往普通并口（Parallel port）和串口（serial port）的连接而言主要的优点是速度高、功耗低、支持即插即用（Plug Play）和使用维护方便。因此我觉得USB的应用将越来越广泛。特别是在电气专业领域，工业现场控制，便携测试设备等方面。1 USB的基本原理1.1 USB协议概述USB是英文Universal Serial Bus的简称。它以其易用性、稳定性、兼容性、扩展性、完备性、网络性和低功耗等优点得到了迅速发展和广泛的应用。学习USB的相关知识是进行USB项目开发的基础。USB系统均有主机和从机两个部分，要注意的是由于USB系统是被动通信系统，从机只能被动的执行主机的命令。主机理论上可以是任何带有CPU的控制器，目前由于PC的强大的处理能力和存储空间，被广泛的应用为主机。USB从机一般就是指USB设备，可以实现一定的功能。这篇认识报告主要整理了三方面内容。第一部分是整理了USB的通信协议，第二部分主要整理了USB项目开发的步骤，第三部分主要介绍了USB接口芯片CH372的功能和接口电路，普通的USB通信的实现。整理的资料对初学USB有一定的参考意义。1.2 USB的主要优点USB有自供电（Self-Powered）和总线供电（Bus-Powered）两种供电模式。如果3ms内没有总线操作，设备就自动挂起，降低功耗。能够实现即插即用（PnP，Play and Plug）。在USB的电气结构上能够判断设备的接入和拔出。1.3 USB系统组成USB整体通信模型：也就是USB的星形拓扑结构，以USB主机为核心，建立USB主机与USB设备之间的数据通信，通过USB Hub为节点连接主机与设备。USB数据通信协议：以差模串行信号为载体传送二进制代码来传输信号；数据包作为最基本的完整信息单元，包含了一系列数据信息。数据包也可以包括很多称为“域”的层次；以包为基础，构成USB的四种数据传输类型，进而组成不同的传输类型，传输各种类型的数据，实现USB的各种功能。软硬件架构：包括主机，HUB与设备架构；主机与设备通信的流程、步骤；软硬件设计方法等。这是USB系统开发工程师最终的目的，也是学习和掌握USB技术的目的。2USB基本结构和特点2.1引言主要是对USB的基本结构和特性作初步的介绍，是否了解这些知识对于设计USB设备系统至关重要,只有清楚地理解这些概念才能更好的进行设计。2.2 USB的物理连接如图2-1所示，USB采用4线电缆。其中Vbus为总线电源线，GND为地线，这两根线为下行（downstream）设备提供电源；D+和D-是差动（differential）信号线，用于串行传输USB数据。采用差动信号线的目的在于消除传输过程中的噪声，从而提高传输可靠性。USB电缆支持两种速率模式：全速模式（12Mbps）和低速模（1.5Mbps）。全速电缆与低速电缆的区别在于：全速电缆的数据信号线是双绞线，并且需要屏蔽层；而低速电缆的数据信号线不需要双绞，也不需要