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基于usb总线的数据通信系统本科毕设论文

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基于usb总线的数据通信系统本科毕设论文

摘要：随着科技的飞速发展，USB（通用串行总线）因其具有低成本、高速率、易于扩展等优点，被广泛应用于数据通信领域。本文旨在设计并实现一个基于USB总线的数据通信系统，以满足现代数据传输的高效、稳定和安全需求。首先，对USB总线技术进行了深入研究，分析了其工作原理和通信协议。其次，详细阐述了系统架构设计，包括硬件平台和软件平台的构建。接着，对系统关键功能模块进行了设计，如数据传输模块、错误检测与处理模块等。最后，通过实验验证了系统的稳定性和可靠性，为USB总线在数据通信领域的应用提供了有益的参考。

前言：随着信息技术的不断发展，数据通信技术已成为现代社会的重要基础设施。USB作为一种高效、稳定的数据传输方式，广泛应用于计算机、移动设备等领域。近年来，随着物联网、大数据等技术的兴起，对USB总线的数据通信能力提出了更高的要求。本文针对USB总线数据通信系统的设计与实现，进行了以下研究：

一、1.USB总线技术概述

1.1USB总线发展历程

(1)USB（通用串行总线）的发展历程可以追溯到20世纪90年代，当时个人计算机的接口技术还处于初级阶段，各种外设接口标准繁杂，给用户的使用带来了极大的不便。为了统一接口标准，提高数据传输效率，1994年，由英特尔、康柏、微软、东芝等五家公司共同成立了USBImplementersForum（USB论坛），旨在推动USB技术的发展和应用。1996年，USB1.0标准正式发布，它定义了12Mbps的数据传输速率，并支持热插拔功能，标志着USB技术正式进入市场。

(2)随着技术的不断进步，USB1.1标准于1998年发布，其数据传输速率提升至12Mbps至480Mbps，同时增加了对USB2.0的兼容性。USB2.0标准于2000年正式推出，其数据传输速率达到了高达480Mbps，比USB1.1快40倍，极大地提高了数据传输的效率。USB2.0的推出使得USB接口成为个人计算机外设的首选接口，如鼠标、键盘、打印机、摄像头等。

(3)进入21世纪，USB技术继续快速发展。2008年，USB3.0标准发布，其数据传输速率达到了5Gbps，是USB2.0的10倍。USB3.0的推出，使得大容量存储设备如固态硬盘（SSD）能够实现快速读写，极大地提高了电脑的运行速度。2013年，USB3.1标准发布，进一步将数据传输速率提升至10Gbps，为超高速数据传输提供了可能。近年来，USBType-C接口的推出，以其高速传输、正反插拔、支持多种供电模式等特点，成为新一代接口的领军者，广泛应用于手机、平板电脑、笔记本电脑等移动设备。

1.2USB总线协议标准

(1)USB总线协议标准由USBImplementersForum（USB论坛）制定，旨在统一USB设备之间的通信规范。USB协议标准主要包括物理层、数据链路层和网络层。物理层定义了USB接口的电气特性和物理连接方式，数据链路层负责数据的传输和错误检测，网络层则负责数据的路由和传输控制。

(2)USB1.0和1.1标准主要采用同步传输和异步传输两种方式。同步传输适用于固定频率的数据传输，如USB硬盘；异步传输适用于可变频率的数据传输，如USB鼠标。USB2.0标准引入了高速传输模式，其数据传输速率最高可达480Mbps。USB3.0标准进一步提升了数据传输速率，达到了5Gbps，而USB3.1标准则将速率提升至10Gbps。

(3)USB协议标准还定义了多种传输类型，包括控制传输、批量传输、中断传输和流传输。控制传输用于设备配置和查询，批量传输适用于大容量数据传输，中断传输用于小容量数据传输，而流传输则是一种高速数据传输方式。在实际应用中，不同类型的传输方式可以根据设备需求和传输数据的特点进行选择。例如，USB3.0接口的固态硬盘采用批量传输和流传输方式，实现了高速数据读写；而USB2.0接口的鼠标则主要采用中断传输，保证了鼠标操作的实时性。

1.3USB总线工作原理

(1)USB总线的工作原理基于主机（Host）和设备（Device）之间的通信机制。主机通常是一台个人计算机，而设备可以是任何类型的USB设备，如鼠标、键盘、打印机、摄像头等。USB系统的工作过程从主机发起，通过主机控制器（HostController）与设备进行交互。

在USB系统中，每个设备都有一个唯一的地址，由主机分配。主机控制器负责初始化与设备的通信，包括设备枚举（enu