通用串行通信接口标准(USB)
通用串行接口USB的工作原理是什么
通用串行接口USB的工作原理是什么通用串行接口（Universal Serial Bus，简称USB）是一种在计算机和外围设备之间传输数据的通信接口标准。
USB最早由英特尔、康柏、微软和其他公司共同开发，于1996年推出，现在已经成为计算机主板和外部设备中最流行的接口之一USB的工作原理涉及物理层、数据链路层和传输层三个主要模块。
1.物理层：USB使用四根线缆进行数据传输，包括两根数据线（D+和D-）和两根电源线（VCC和GND）。
数据线通过差分信号传输数据，可以有效减小干扰和噪声对数据传输的影响。
电源线用于提供外设所需的电流。
2.数据链路层：USB使用数据包（Packet）的形式进行数据传输。
数据包包括同步头、帧编号、数据和CRC校验等部分。
同步头用于标识传输数据包的开始，帧编号用于保证数据包的顺序和完整性，数据部分是实际的传输数据，CRC校验用于检查数据包是否出现错误。
3.传输层：USB使用主从模式进行数据传输。
主设备负责控制数据的传送，从设备则按照主设备的指示进行响应。
USB定义了不同的传输方式，包括控制传输、中断传输、批量传输和等时传输。
控制传输用于主设备和从设备之间的控制命令和状态信息的传输；中断传输用于传输延迟要求较高、数据量较小的设备，如鼠标和键盘；批量传输用于传输数据量较大、延迟要求相对较低的设备，如打印机和磁盘驱动器；等时传输用于传输对及时性要求较高的流媒体数据，如音频和视频。
USB的工作流程如下：1.检测设备：当外设通过USB连接到计算机时，计算机会发送一个设备检测信号，告诉外设已经连接。
2.建立USB协议：外设在检测到连接信号后，会向计算机发送一个设备描述符，描述自身的信息，如设备类型、功能等。
计算机根据设备描述符识别设备类型，并为该设备建立相应的通信协议。
3.数据传输：计算机在与外设建立好协议后，可以通过控制传输、中断传输、批量传输或等时传输等方式与外设进行数据传输。
传输数据时，计算机将数据打包成数据包，通过数据线发送给外设，外设接收数据包后进行解包，并根据其中的命令和数据进行相应的操作。
通用串行接口(USB),USB的工作原理是什么
通用串行接口（USB）,USB的工作原理是什么?由于多媒体技术的发展对外设与主机之间的数据传输率有了更高的需求，因此，USB总线技术应运而生。
USB（Universal Serial Bus)，翻译为中文就是通用串行总线，是由Conpaq，DEC，IBM，Inter，Microsoft，NEC和N orthen Telecom等公司为简化PC与外设之间的互连而共同研究开发的一种免费的标准化连接器，它支持各种PC与外设之间的连接，还可实现数字多媒体集成。
USB接口的主要特点是：即插即用，可热插拔。
USB连接器将各种各样的外设I/O端口合而为一，使之可热插拔，具有自动配置能力，用户只要简单地将外设插入到PC以外的总线中，PC就能自动识别和配置USB设备。
而且带宽更大，增加外设时无需在PC内添加接口卡，多个USB集线器可相互传送数据，使P C可以用全新的方式控制外设。
USB可以自动检测和安装外设，实现真正的即插即用。
而USB的另一个显著特点是支持“热”插拔，即不需要关机断电，也可以在正运行的电脑上插入或拔除一个USB设备。
随着时间的推移，USB将成为PC的标准配置。
基于USB的外设将逐渐增多，现在满足USB要求的外设有：调制解调器，键盘，鼠标，光驱，游戏手柄，软驱，扫描仪等，而非独立性I/ O连接的外设将逐渐减少。
即主机控制式外设减少，智能控制控制外设增多。
U SB总线标准由1.1版升级到2.0版后，传输率由12Mbps增加到了240Mbp s，更换介质后连接距离由原来的5米增加到近百米。
基于这点，USB也可以做生产ISDN以及基于视频的产品。
如数据手套的数字化仪提供数据接口。
USB 总线结构简单，信号定义仅由2条电源线，2条信号线组成。
基本特性B的硬件结构USB采用四线电缆，其中两根是用来传送数据的串行通道，另两根为下游（Do wnstream)设备提供电源，对于高速且需要高带宽的外设，USB以全速12Mb ps的传输数据；对于低速外设，USB则以1.5Mbps的传输速率来传输数据。
usb接口在工业场景中的应用_概述及解释说明
usb接口在工业场景中的应用概述及解释说明1. 引言1.1 概述USB（Universal Serial Bus）接口是一种常见的数字设备连接标准，它以其灵活性、可扩展性和易用性而在消费类电子产品中得到广泛应用。
然而，USB 接口不仅仅被限制在个人消费电子领域，它也在工业场景中发挥着重要作用。
本文将对USB接口在工业场景的应用进行概述和解释说明。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
首先，在引言部分我们将简要介绍USB接口的概念和本文的目的。
其次，我们将在第二部分讲解USB接口的基本概念，包括USB接口的简介、工作原理以及分类。
第三部分将重点探讨USB在工业场景中的应用，具体涉及工业控制系统、工业自动化设备以及数据采集与传输等方面。
第四部分将对USB接口在工业场景中所面临的优势和挑战进行详细阐述。
最后，在结论部分我们将总结USB接口在工业场景中应用的前景和问题，并展望未来USB接口技术在工业领域的发展方向与趋势。
1.3 目的本文的目的是全面解释USB接口在工业场景中的应用，并对其优势和挑战进行分析。
我们希望通过本文的撰写能够让读者了解USB接口在工业领域中的作用，以及它所可能面临的问题和发展方向。
最终，我们希望为工业领域中对USB 接口感兴趣或有需求的人士提供一些有价值的参考和指导。
2. USB接口的基本概念2.1 USB接口简介USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种常见的外部设备连接标准。
它是一种高速串行通信协议，用于连接计算机系统和外部设备，比如键盘、鼠标、打印机、摄像头等。
USB接口的设计目标是提供方便易用、高速传输和广泛兼容性。
2.2 USB接口工作原理USB接口采用主从结构，由主机和外部设备之间的通信组成。
主机可以是计算机系统或其他支持USB功能的设备，而外部设备则是通过USB接口与主机进行通信。
在USB接口上，数据通过四对导线进行传输：两对差分信号线用于双向数据传输（发送和接收数据），另外两条导线则用于电源供应和地线连接。
usb接口协议标准
usb接口协议标准一、USB接口协议标准简介USB接口协议（Universal Serial Bus），即通用串行总线接口协议，是一种计算机硬件接口标准。
它是由美国英特尔、微软等公司于1994年发起，并于1996年正式发布的一种串行通信接口。
USB接口协议旨在为计算机和外部设备提供一种高效、可靠、易用的数据传输方式。
二、USB接口协议的发展历程自1996年USB接口协议发布以来，它经历了多个版本的迭代更新。
目前，主要有以下几个版本：B 1.0：1996年发布，最高传输速率为12Mbps；B 2.0：2000年发布，最高传输速率为480Mbps；B 3.0：2008年发布，最高传输速率为5Gbps；B 3.1：2014年发布，最高传输速率为10Gbps；B 3.2：2017年发布，最高传输速率为20Gbps。
三、USB接口协议的主要特点1.高速传输：USB接口协议具有较高的数据传输速率，能够满足大部分外部设备的传输需求；2.兼容性强：USB接口协议适用于各种操作系统，如Windows、Mac OS、Linux等；3.热插拔：USB接口支持热插拔，方便用户在不关机的情况下更换设备；4.供电灵活：USB接口可以为外部设备提供电源，满足设备的供电需求；5.拓展性强：USB接口协议有多种扩展规范，如USB Type-C、USB PD （Power Delivery）等。
四、USB接口协议的应用领域USB接口协议广泛应用于各种电子设备中，如电脑、手机、平板、数码相机、MP3/MP4、U盘等。
它为这些设备之间的数据传输提供了便捷、高效的方式。
五、USB接口协议的未来发展趋势随着科技的不断进步，USB接口协议将继续发展，主要趋势包括：1.更高的传输速率：未来USB接口协议可能将进一步提高传输速率，满足更高速率设备的需求；2.更广泛的兼容性：USB接口协议将继续完善，以适应更多类型设备的连接需求；3.更强的拓展性：USB接口协议将拓展至更多领域，如无线充电、数据加密等；4.更简化的使用体验：USB接口协议将提供更加简化的使用体验，如自动识别设备、即插即用等。
USB通用串行总线简介
2021年1月30日星期六
图1-3 USB集线器结构
（2）USB设备。USB设备分为hub设备和功能设备。 USB硬件系统的示意图如图1-4所示。
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图1-4 USB硬件系统的示意图
2.物理总线拓扑结构 USB总线上的设备以星形的
拓扑结构实现与主机物理连接。 USB的接入点由集线器来提供。 这种由集线器提供的额外接入点 称为端口。主机中包含了嵌入的 集线器，它称之为根集线器。通 过根集线器，主机可以提供一个 或多个接入点。为了防止出现环 形接入的情况，在USB中使用了 分层的拓扑结构，这种配置结果 具有树形结构，如图1-5所示。
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USB共有3种类型的包，即令牌包、数据包和握手包。 （1）令牌包。由PID、地址、端点和CRC校验字段组成，其格式如图1-9所示。
其中，地址字段和端点字段唯一地确定了某个设备上的某一个端点。只有主机 才可以发出令牌包。
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图 1-9 令牌包格式
（2）数据包。由PID字段、0~1 023字节长度的数据字段和16位的CRC校验 字段组成，其格式如图1-10所示。数据源向目的地发送的数据或者无数据传送 的指示信息，数据包可以携带的数据最多为1 023字节。数据必须以整数的字节 数发出。数据CRC仅通过对包中的数据字段计算而得到，不包括PID，它有自己 的校验字段。
4 采用“主-从式”数据传输 方式，所有传输由USB主机 发起，USB设备仅在主机对 它提出要求时才进行传输。
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1.3 USB的硬件结构
1.硬件构成 （1）USB主控制器/根集线器。主控制器负责传输处理，这些传输已
经由主机软件安排好。主控制器对数据执行一个并行到串行的转换，建立 USB的传输处理，并传给根集线器在总线上发送。
usb通信简介
USB接口还可以实现手机与其他设备之间的无线连接 ，如连接蓝牙耳机、车载导航等。
USB通信在嵌入式系统中的应用场景
工业控制
USB接口在工业控制领域应用广 泛，如连接传感器、执行器等设 备，实现快速稳定的数据传输。
智能家居
USB接口可以用于连接智能家居 设备，如智能灯泡、智能插座等 ，实现智能化控制和远程管理。
随着智能手机、平板等移动设备的普及，USB Type-C接口在移动设备中的应用将进一步扩大，同时也会带来更 多的便利性和创新功能。
USB通信在物联网中的应用
物联网设备的数量和种类不断增加，USB通信在物联网中的应用也将得到更广泛的拓展，如USB传感器、USB通 信模块等。
USB通信的产业发展和市场前景
包括USB Type-A、USB Type-B和 USB Type-C等连接器。
USB端点的定义
每个USB设备都有一个或多个端点， 用于与主机进行通信。
03
USB通信协议层
USB通信的协议栈
USB设备驱动程序负责管理USB设备的各种功 能和特性，例如设备的电源管理、数据传输等
。
USB核心驱动程序是USB协议栈的核心部分，它负责 管理USB设备的连接和通信，以及处理USB设备的各
设备响应配置请求
设备根据主机的要求进行响应，进入指定的配置状态，并向主机返 回配置结果。
配置信息的获取和设置
主机通过配置过程获取设备的配置信息，如接口、端点等，并设置 设备的配置状态，以便设备能够正常工作。
USB设备的接口和类别的定义和识别
接口的定义和识别
USB设备的接口是用于实现特定功能的软件资源，主机通过枚举过程获取设备 的接口信息并进行识别。
无线USB技术的研发
USB接口规范(含USB3.0和OTG)
USBUSB ，是英文Universal Serial BUS（通用串行总线）的缩写，而其中文简称为“通串线，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯.是应用在PC领域的接口技术.USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。
USB是在1994年底由英特尔、康柏、IB M、Microsoft等多家公司联合提出的。
简述不过直到近期，它才得到广泛地应用.从1994年11月11日发表了USB V0.7版本以后，USB版本经历了多年的发展，到现在已经发展为3.0版本，成为目前电脑中的标准扩展接口.目前主板中主要是采用USB1.1和USB2。
0，各USB版本间能很好的兼容.USB用一个4针（USB3。
0标准为8针）插头作为标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，最多可以连接127个外部设备,并且不会损失带宽. USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。
目前的主板一般都采用支持USB功能的控制芯片组，主板上也安装有USB接口插座，而且除了背板的插座之外，主板上还预留有USB插针，可以通过连线接到机箱前面作为前置USB接口以方便使用（注意，在接线时要仔细阅读主板说明书并按图连接，千万不可接错而使设备损坏）。
而且USB接口还可以通过专门的USB连机线实现双机互连,并可以通过Hub扩展出更多的接口。
USB具有传输速度快（USB1。
1是12Mbps，USB2.0是480Mbps, USB3。
0是5 Gbps)，使用方便，支持热插拔，连接灵活,独立供电等优点，可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、MP3机、手机、数码相机、移动硬盘、外置光软驱、USB网卡、ADSL Modem、Cable Modem等,几乎所有的外部设备。
USB接口可用于连接多达127个外设，如鼠标、调制解调器和键盘等。
USB自从1996年推出后，已成功替代串口和并口，并成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。
USB引脚定义
USB引脚定义在计算机硬件领域，USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种用于连接计算机与外部设备的标准接口。
USB接口主要用于数据传输和电源充电，它的引脚定义决定了数据的传输方式和电路的连接方式。
以下是USB的引脚定义。
1. VBUS（Voltage Bus）VBUS是USB接口的电源线，用于提供电源给连接的设备。
它的电压通常为5V，可以给外部设备供电，如鼠标、键盘、摄像头等。
2. D+和D-（Data Line Positive和Data Line Negative）D+和D-是USB接口进行数据传输的差分信号线。
在USB 2.0及之前的标准中，D+和D-用于双向传输差分信号；而在USB 3.0及以后的标准中，它们还用于SuperSpeed传输（数据传输速度更快）。
3. GND（Ground）GND是USB接口的接地线，用于提供电路的地参考点，确保数据传输的稳定性。
4. USB IDUSB ID是USB接口的标识线，用于判断设备的类型和特性。
比如，USB ID可以用于区分是否为USB主机或USB从机，以及指示设备的速度要求。
5. ShieldShield是USB接口的屏蔽层，主要用于抑制外界干扰和保护信号质量。
它连接到设备的金属外壳或屏蔽层，帮助减少信号的传输干扰。
通过以上引脚的定义，USB接口可以实现设备的通信和电源供给，使得不同的设备可以通过USB接口进行连接和交互。
USB接口的标准化和普及，为计算机外设的使用和交换提供了便利，为用户带来了更好的使用体验。
总结：USB引脚定义包括VBUS、D+、D-、GND、USB ID和Shield等。
它们的功能各不相同，分别用于电源供给、数据传输、地参考、设备标识和屏蔽保护。
USB接口作为一种通用的标准接口，为计算机外设的连接和交互提供了方便，提高了用户的使用体验。
usb扩展芯片
usb扩展芯片USB扩展芯片是一种用于扩展USB接口数量的集成电路芯片。
它可以通过将一个USB接口扩展为多个USB接口，为用户提供更多的外设连接和数据传输接口。
USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种用于连接和交换数据的通信接口标准。
它的速度快、接口简单、可插拔性好，并在许多电子产品中得到了广泛应用。
但有时我们需要连接的USB设备较多，但主机只提供有限数量的USB接口，这时就需要使用USB扩展芯片来解决这个问题。
USB扩展芯片具有以下主要特点：1. 多个USB接口：USB扩展芯片可以通过内部的多个USB集线器将一个原始USB接口扩展成多个USB接口。
这样用户可以通过一个USB接口连接多个外设，提高设备的连接能力。
2. 高速传输：USB扩展芯片支持USB 2.0或更高版本的标准，可以实现高速的数据传输。
这对于需要传输大量数据的设备，如外置硬盘、摄像头等非常重要。
3. 独立供电：USB扩展芯片通常具有独立的供电接口，可以通过外部电源来为连接的外设提供稳定的电源。
这样可以避免主机的电源不足或电流波动对外设工作的影响。
4. 低功耗模式：USB扩展芯片通常支持低功耗模式，可以在外设不使用时自动切断电源，以节约能源和延长电池使用时间。
5. 热插拔支持：USB扩展芯片具有热插拔功能，可以在不影响系统运行的情况下插拔USB设备。
这样用户可以随时连接或拔出外设，方便灵活。
6. 软件驱动支持：USB扩展芯片通常提供相应的软件驱动支持，可以兼容不同操作系统，并提供易于使用的用户界面。
用户可以通过软件调整USB接口的使用方式和配置参数，提高使用的灵活性。
总结起来，USB扩展芯片是一种用于扩展USB接口数量的集成电路芯片。
它能够提供多个USB接口，并支持高速传输、独立供电、低功耗模式、热插拔支持和软件驱动支持等功能。
通过使用USB扩展芯片，用户可以方便地增加外设连接和数据传输接口，满足更多的应用需求。
Micro_USB 和Mini_USB 接口的区别
Mini USBMiniUSB，又称迷你USB，是一种USB接口标准，USB是英文UniversalSerialBUS 的缩写，中文含义是“通用串行总线”，是为在PC与数码设备间传输数据而开发的技术。
标准USB、MiniUSB、MicroUSB成为目前最常见的USB接口。
与标准USB相比，MiniUSB 更小，适用于移动设备等小型电子设备。
1简介Mini USB分为A型，B型和AB型。
MiniB型5Pin这种接口可以说是目前最常见的一种接口了，这种接口由于防误插性能出众，体积也比较小巧，所以正在赢得很多的厂商青睐，现在这种接口广泛出现在读卡器、MP3、数码相机以及移动硬盘上。
2接口定义Mini USB A、B连接器及其触点(未按比例绘制)Mini USB连接器触点功能1 VBUS (4.4–5.25 V)2 D−3 D+4 ID5 接地其中id脚在otg功能中才使用。
由于mini usb接口分mini-A、B和AB接口。
如果你的系统仅仅是用做slave，那么就使用B接口，系统控制器会判断ID脚的电平判断是什么样的设备插入，如果是高平，则是B接头插入，此时系统就做主模式，如果ID为低，则是A接口插入，然后系统就会使用HNP对话协议来决定哪个做Master，哪个做slave OTG是On-The-Go的缩写,即OTG技术就是实现在没有Host的情况下，实现从设备间的数据传送。
主要应用于各种不同的设备或移动设备间的联接，进行数据交换。
例如数码相机直接连接到打印机上，通过OTG技术，连接两台设备见的USB口，将拍出的相片立即打印出来；也可以将数码照相机中的数据，通过OTG发送到USB接口的移动硬盘上，野外操作就没有必要携带价格昂贵的存储卡，或者背一个便携电脑。
mini USB除了第4针外，其他接口功能皆与标准USB相同。
第4针成为ID，在mini-A 上连接到第5针，在mini-B可以悬空亦可连接到第5针。
USB引脚定义
USB引脚定义USB（Universal Serial Bus），即通用串行总线，是我们日常生活和工作中常见的数据传输接口。
了解USB 引脚定义对于理解其工作原理、进行设备连接和故障排查等都具有重要意义。
USB 接口通常有多种类型，如 USB TypeA、USB TypeB、USB TypeC 等。
尽管它们的外观有所不同，但引脚的功能定义在一定程度上是相似的。
以常见的 USB TypeA 接口为例，它一般有四个引脚。
这四个引脚分别是：VCC（电源）、D（数据负）、D+（数据正）和GND（地）。
VCC 引脚用于提供电源。
通常，USB 接口提供的标准电压为 5 伏特。
这为连接的设备提供了所需的电力，比如 U 盘、鼠标、键盘等。
当设备插入 USB 接口时，VCC 引脚会与设备的电源引脚相连，为其供电。
D和 D+引脚则负责数据的传输。
它们以差分信号的形式工作，这有助于提高数据传输的稳定性和抗干扰能力。
通过这两个引脚，设备与主机之间可以进行双向的数据通信，比如传输文件、发送指令等。
GND 引脚就是接地引脚，它为整个电路提供了一个共同的参考电位，保证电路的稳定运行。
再来看 USB TypeB 接口，它常用于打印机、扫描仪等设备。
其引脚定义与 USB TypeA 类似，也是包括 VCC、D、D+和 GND。
而 USB TypeC 接口则相对更为复杂，它具有更多的引脚。
这使得它能够支持更高的数据传输速率、更大的功率传输以及正反插功能。
除了上述的电源和数据引脚，一些USB 接口还可能具有其他引脚，用于特定的功能。
比如，某些 USB 30 接口会有额外的引脚用于提高数据传输速度。
在实际应用中，正确理解 USB 引脚定义对于解决连接问题非常关键。
如果设备无法正常连接或工作，检查引脚的连接是否良好是一个重要的步骤。
例如，如果电源引脚接触不良，设备可能无法获得足够的电力而无法正常运行；如果数据引脚出现问题，数据传输可能会出错或中断。
USB标准及设备介绍
USB的键盘在安装之前，记得要在BIOS选项中 的"Integrated Peripherals"的选项中打开"USB Keyboard Sup put"的选择为"Enable"，否则USB键 盘将不能在DOS下正常工作。Windows下依然运作 正常，但是一但返回到DOS模式，立刻系统锁死， 所以在BIOS中要选择打开相关的选项。有的人说 Win ME 和WinNT/Ik没有DOS模式，我不在BIOS打 开USB键盘支持是可以正常运作的，这样说非常正 确。但是又有人问题，如果进入DOS就死机，那我 如何进BIOS，这点大家是多心了，设计的时候，在 设备自我检测的时候，就底层状态，没有系统影响， 所以依然可以按"Del"键，进入BIOS作更改。
符合USB 1.1规范的标志
三.USB技术的发展 技术的发展 从1994年11月11日发表了USB 0.7版本以后， USB版本经历了六年的发展，到现在已经发展到了 2.0的版本。不过直到近期，它才得到广泛的普及应 用。 早期的USB版本，在推出时普遍不遭到重视。 其最大的原因是：当时的主板结构是以Baby-AT板 为主，USB功能接口在许多主板上都是一种可选择 的功能，有些主板制造商在主板上提供了4X2或 5X2的USB针脚接口，而更多的则为了节省成本， 连USB针脚接口都省掉了。另外，在BIOS固件方面 也缺乏支持――当时很多主板都是只提供有USB连 接针脚接口，而主板的BIOS没有真正支持USB。这 样，使用USB，只有主板BIOS升级到能支持USB功 能的BIOS才行。
我们都知道如果USB Hub没有外接电源只能提 供每个接口100mA的电渡，而接了外接电源的USB Hub却可以给每个接口完整的供应500mA的电流。 一般我建设使用外接电流，现在一个USB键盘 （170mA-200mA）和一个USB鼠标（70mA-90mA） 的耗电在240-260mA之间，这样的话USB Hub都已 经不堪重负了。 在Windows安装USB Hub，驱动都不用安装， 就安装上了。而且不会在信息提示，你用"设备管理 器"就能看到"General Purpose USB Hub"的字样。 如果你接了多个USB Hub，会出现多个相同字样 （接几个USB Hub出几个"General Purpose USB Hub"）。
计算机常见接口
计算机常见接口计算机在现代社会中的应用越来越广泛，除了它在运行过程中需要各种各样的软件支持外，还需要各种不同的硬件设备来完成用途。
硬盘、显示器、打印机等就是计算机中常见的外部设备，而它们与计算机之间需要通过各种接口进行连接和通信，从而实现信息和数据的传输。
本文将重点介绍计算机常见的接口，包括USB接口、HDMI接口、VGA接口、DVI接口、IEEE1394接口、SATA接口、PS/2接口、RJ45接口等。
一、USB接口USB（Universal Serial Bus）是一种用于连接计算机和外部设备的通用串行总线标准，它被广泛应用于计算机外设、数码相机、存储设备、移动设备等领域。
USB接口是一种热插拔的接口，可以使设备在不关机的情况下进行拔插，而且连接方便，传输速度较快，被广泛应用于现代的计算机和各种设备之间的数据传输和共享。
USB接口分为USB1.0、USB2.0和USB3.0三种版本，其中USB3.0的传输速度最快，可达到5Gbps，并且其电源也更加强劲，可以保证外接设备的正常工作。
二、HDMI接口HDMI（High-Definition Multimedia Interface）接口是一种用于高清视频和音频传输的接口标准，它的传输速度快、传输质量高，可以支持高清视频、多声道音频和3D视频等。
HDMI接口被广泛应用于电视、电影、游戏等领域，它可以将高清视频和音频信号传输到高清电视、投影仪或监视器上，并且能够实现多个设备之间的切换和共享。
HDMI接口分为HDMI1.4和HDMI2.0两种版本，其中HDMI2.0的传输速度比HDMI1.4更快，可以支持更高的分辨率和帧率。
三、VGA接口VGA（Video Graphics Array）接口是一种用于模拟图形信号传输的接口标准，它是一种比较老的接口，主要用于连接计算机和显示器。
VGA接口主要支持分辨率为640x480或800x600的图形显示，而且它需要单独的音频线来支持音频输出，因此在现代计算机中已经逐渐被其他接口所代替。
USB接口
10
通用串行总线USB
接口灵活方便
USB使用一个4芯的标准接口，2芯是数据线，另2芯分 别是+5V电源线和地线。接头有两种，扁平的A型和梯形的B 型。通常B型供集线器(Hub)的设备使用。
+5V D+ DGND
12MHz \ 1,5MHz
USB接口引脚
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2、电气特性Βιβλιοθήκη USB的物理接口和电气特性
2
通用串行总线USB
一、USB系统概述：
USB是一种电缆总线，支持在主机和各式各样的即插 即用的外设之间进行数据传输。由主机预定的标准协议使 各种设备分享USB带宽，当其它设备和主机在运行时，总 线允许添加、设置、使用以及拆除外设。
1、USB系统的组成
一般USB系统被分成USB的连接、USB的设备和USB的主机。 USB的连接是指设备和主机之间进行连接的交互动作。USB的 物理连接是有层次性的星型布局，每个集线器在星型的中心， 每条线段是点对点连接的。
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通用串行总线USB
USB数据编码和解码（续）
NRZI的编码方式会遇到一个很严重的问题：若重复相同 的“1”信号一直进入时，就会造成数据长时间无法转换，逐 渐地累积而导致“塞车”的状况，使得读取的时序就会发生 严重的错误。因此，在NRZI编码之间，还需执行所谓的位填 充（bit-stuffing）的工作。 若原始的串行数据中含有连续 6 个“ 1” 位，就在其后填 塞一个“0”位，强制在NRZI编码的数据流中加入跳变，执行 位填塞的工作。 如果原始数据的第七位是0，填充位还是会被加入的，而 且还加在同样的位置，这就导致了在填充后的数据流中会有 两个连续的0。
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通用串行总线USB
2、电气特性
usb和ttl电平
usb和ttl电平
USB和TTL电平是在电子设备和通信中经常涉及的概念。
USB （Universal Serial Bus）是一种用于连接计算机与外部设备的通用接口标准，它提供了数据传输和供电功能。
USB接口通常使用5V 电压，但在USB规范中也定义了3.3V的低功耗设备标准。
TTL（Transistor-Transistor Logic）是一种数字电路电平标准，通常指代逻辑电平标准为0V至0.8V为逻辑低电平，2V至5V 为逻辑高电平。
TTL电平通常用于数字电路和串行通信中。
USB和TTL电平之间的关系在串行通信中非常重要。
许多微控制器和传感器模块使用TTL电平进行串行通信，而USB转TTL串行模块则可以将USB接口的电压转换为TTL电平，以便与这些设备进行通信。
这种转换通常涉及使用逻辑电平转换芯片或模块来实现。
在实际应用中，需要注意USB和TTL电平之间的转换和适配，以确保不同设备之间的兼容性和稳定性。
此外，还需要注意电压水平的匹配以避免损坏设备或数据丢失。
总之，USB和TTL电平在数字通信和嵌入式系统设计中扮演着重要的角色，了解它们之间的关系对于正确的设备连接和通信至关重要。
USB接口规范(含USB3.0和OTG)解析
USBUSB ,是英文Universal Serial BUS（通用串行总线）的缩写，而其中文简称为“通串线，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。
是应用在PC领域的接口技术。
USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。
USB是在1994年底由英特尔、康柏、I BM、Microsoft等多家公司联合提出的。
简述不过直到近期，它才得到广泛地应用。
从1994年11月11日发表了USB V0.7版本以后，USB版本经历了多年的发展，到现在已经发展为3.0版本，成为目前电脑中的标准扩展接口。
目前主板中主要是采用USB1.1和USB2.0，各USB版本间能很好的兼容。
USB用一个4针（USB3.0标准为8针）插头作为标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，最多可以连接127个外部设备，并且不会损失带宽。
USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。
目前的主板一般都采用支持USB功能的控制芯片组，主板上也安装有USB接口插座，而且除了背板的插座之外，主板上还预留有USB插针，可以通过连线接到机箱前面作为前置USB接口以方便使用（注意，在接线时要仔细阅读主板说明书并按图连接，千万不可接错而使设备损坏）。
而且USB接口还可以通过专门的USB连机线实现双机互连，并可以通过Hub扩展出更多的接口。
USB具有传输速度快（USB1.1是12Mbps，USB2.0是480Mbps, USB3.0是5 Gbps），使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点，可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、MP3机、手机、数码相机、移动硬盘、外置光软驱、USB网卡、ADSL Modem、Cable Modem等，几乎所有的外部设备。
USB接口可用于连接多达127个外设，如鼠标、调制解调器和键盘等。
USB自从1996年推出后，已成功替代串口和并口，并成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。
usb接口定义
usb接口定义通用串行总线（英文：Universal Serial Bus，缩写：USB）是连接计算机系统和外部设备的串行总线标准，也是输入和输出接口的技术规范，并广泛用于个人计算机和移动设备中，信息通信产品，并扩展到其他相关领域，例如摄影设备，数字电视（机顶盒），游戏机等。
最新一代是USB 3.1，传输速度为10Gbit / s，三阶段电压为5V / 12V / 20V，最大电源为100W，新的C型插入式不再分为正负。
基本介绍通用串行总线（英文：Universal Serial Bus，缩写：USB）是连接计算机系统和外部设备的串行总线标准，也是输入和输出接口的技术规范。
它广泛用于个人计算机和移动设备等信息通信产品中，并扩展到其他相关领域，例如照相设备，数字电视（机顶盒），游戏机等。
最新一代的产品是USB 3.1，传输速度为10Gbit / s，三级电压为5V / 12V / 20V，最大电源为100W。
新的C型插件类型不再分为正极和负极。
工作原理USB是一种外部总线标准，用于调节计算机与外部设备之间的连接和通信。
USB接口即插即用和热插拔功能。
USB接口可以连接127种外围设备，例如鼠标和键盘。
USB由Intel和其他许多公司于1996年底于1996年底共同推出。
它已成功取代了串行和并行端口，并已成为当今计算机和大量智能设备的必要接口。
USB版本经过多年的发展，现已发展到3.0版。
对于大多数工程师而言，开发USB2.0接口产品的主要障碍是：面对复杂的USB2.0协议，编写USB设备驱动程序以及熟悉微控制器的编程。
这不仅需要相当丰富的VC编程经验，还需要编写USB接口硬件（固件）程序的能力。
因此，大多数人放弃开发自己的USB产品。
为了简化复杂的问题，西安大泰电子专门设计了USB2.0协议转换模块。
USB20D模块可以看作是USB2.0协议转换器，可以将计算机的USB2.0接口转换为透明的并行总线，就像微控制器总线一样。
计算机接口与通信第9章 USB 通用串行总线
9．2
USB总线的体系结构 USB总线的体系结构
9.2.1 USB总线的物理接口 USB总线的物理接口 USB总线的物理传输介质由一根４线的电 USB总线的物理传输介质由一根４线的电 缆组成，如图9 所示。其中两条（VBus、 缆组成，如图9-1所示。其中两条（VBus、 GND）用于提供设备工作所需电源。VBus GND）用于提供设备工作所需电源。VBus 在源端的标称电压值为+5V，GND为其对 在源端的标称电压值为+5V，GND为其对 应地线。另两条（V＋、V－）为绞线形式 应地线。另两条（V＋、V 的信号传输线，90 的信号传输线，90 的阻抗。
9.2.3
USB的信号和编码 USB的信号和编码
USB数据收发器包含了发送数据所需的差 USB数据收发器包含了发送数据所需的差 模输出驱动器和接收数据用的差模输入接 收器。 USB输出信号时，差模输出驱动器向USB USB输出信号时，差模输出驱动器向USB 电缆传送USB信号。 电缆传送USB信号。 在信号的低输出状态，驱动器稳态输出值 必须小于0.3V，且要承担1.5K 必须小于0.3V，且要承担1.5K 的负载加到 3.6V电源的灌电流。 3.6V电源的灌电流。 在信号的高输出状态，驱动器稳态输出值 必须大于2.8V，且要承担15K 必须大于2.8V，且要承担15K 的负载到地 的拉电流。
带USB接口的PC（百万） USB接口的PC（百万）
800 700 600 500 400 300 200 100 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004
带USB接口的外设（百万） USB接口的外设（百万）
600 500 400 300 200 100 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004
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微计算机系统
微计算机系统 包的分类编码由PID表示。8位PID中的高4位用于包的分类编码，低 4位作校验用。 1).标志包
8BIT SYNC 8BIT PID 7BIT ADDR 4BIT ENDP 5BIT CRC
SYNC:同步域，标志包的开始，输入电路利用它来同步。 PID:包类型域，标志保有4种：OUT,IN,Setup,SOF ADDR:设备地址域，确定包的传输目的地址。7位长，有128个地址。 ENDP:端点域，确定包要传输到设备的哪个端点。4位长，一个设备 可有16个端点。 CRC:检查预，5位长度，用于ADDR和ENDP地校验 (1)帧开始包（SOF） USB的总线时间被划分为帧，一个帧周期可以描述为：在主机发帧 开始标志后，总线处于工作状态，主机将发送和接收几个交换，交 换完毕后，进入帧结束间隔区，此时总线处于空闲，等待下一个帧 启动标志的到来。1帧的持续时间为1ms，每一帧都有独立的编号。
微计算机系统 3）中断传输 单向的，且仅输入到主机，用于不固定的、少量的数据传送。当设 备需要主机为其服务时，向主机发送此类信息。如，键盘，鼠标即 采用此类方式。USB的中断是Polling（查询）类型，主机要频繁地 请求端点输入。 4）等时传输 等时(Isochronous)(同步)传输可以单向和双向，用于传送连续性、实 时的数据。其特点是要求传输输率去定，时间性强，忽略传送错误。 如，视频设备，数字声音设备和数字相机采用此方式。 B交换的包格式 USB总线的传输包含一个或多个交换(Transaction),而交换又是所谓 “包”组成的，包是组成USB交换的基本单位。USB总线上的每一 次交换至少需要3各包才能完成： 标志（令牌）包：含有设备地址码、端点号、传输方向，传输类型。 每次传输都由主机发出标志包开始。 数据包：数据源向目的地址发送。一次交换，数据包可携带的数据 最多位1023BYTE. 握手包：由数据接收方向数据握手方发出的反馈信息。如果有错， 要重发。除了等时传输外，其它传输类型都需要握手包。
微计算机系统 B系统拓扑结构 USB协议定义了在USB系统中宿主Host与USB设备间的连接和通信， 其物理拓扑结构是星状的层层向上方式，也可看成一级与一级的级 连方式。允许最多连接127个设备，最上层是USB主控器。
微计算机系统 对于PC微机而言，USB系统中宿主Host就是一台带USB主控制器的 PC机，USB主控制器由硬件、软件、微代码组成。在USB系统中只 有一台USB主机，主机是主设备，它控制USB总线上所有的信息传 送。根HUB与主机相连，下层就是USB HUB和功能设备。PC微机 的USB拓扑结构中，USB设备具体连接方式如图：
微计算机系统 帧开始包
8BIT SYNC 8BIT SOF 11BIT FRAME NUM 5BIT CRC
(2)接收包（IN） 当系统软件要从设备中读取信息时，就要使用接收包。接收包交换中 有4种USB传输类型。一个接收交换以根HUB广播接收保为开始，接 着是由目标设备返回的数据包，除等时传输外，根HUB还会给目标设 备发送一个握手包，以确定收到数据。 (3)发送包（OUT） 当系统软件要将数据发送到目标设备时，便使用发送包。发送交换只有 3种传输类型，即批传输，控制传输，等时传输。发送包后即跟有一个 数据包，在批传输中还有一个握手保。 (4)设置包（Setup） 在控制传输开始，由主机发设置包。设置包只用于控制传输。
微计算机系统 B传输类型 USB传输类型，实质是USB数据流类型。 USB数据流类型包括：控制信号流，块数据流，中断数据流，实时 数据流等4种数据类型。 控制信号流：当USB设备加入系统时，USB系统软件与设备之间建 立起控制信号流来发送控制信号，这种数据不允许出错或丢失。 块数据流：用于发送大量的数据。 中断数据流：用于发送少量随机输入的数据。 实时数据流：用于传输连续的固定速率的数据。 与USB数据类型对应，USB有4种基本的传输类型： 1）控制传输 控制传输是双向的。主要是做配置设备用，也可作设备的其它特殊 用途。如，对数字相机，可以传送暂停、继续、停止等信号。 2）批传输 批传输可以是单向，也可以是双向的。用于传送大批数据，这种数 据的时间性不强，但要确保数据的正确性。有重传机制。如，扫描 仪，打印机等。
微计算机系统
微计算机系统 B系统组成和拓扑结构 3.1 USB系统的组成 USB系统包括硬件和软件部分 1）USB硬件部分 包括USB主机、USB设备（HUB和功能设备）及连接电缆。 USB主机：是一个带有USB控制器的PC机，在USB系统中,只有1个主机， 它是USB系统的主控者。 USB主控器/根 HUB(USB Host Controller/Root Hub)：分别完成对传输的初 始化和设备的接入。主机控制器负责产生由主机软件调度的传输，然后 再传给根HUB。 USB HUBS:除了根HUB外，为了介入更多的外部设备，系统还需要其它 USB HUBS。USB HUBS可串在一起接入根HUB 2）USB软件部分 USB设备驱动程序(USB Device Drivers)通过I/O请求包(IRPs)发出USB设备 请求，而这些IRPs则完成对目标设备传输的设置。 USB驱动程序(USB Drivers)在设备设置时读取描述符寄存器以获取USB设 备的特征，并根据这些特征，在请求发生时组织数据传输。 主控制器驱动程序(Host Controller Driver)完成对USB交换的调度，并通过 根HUB或其它的HUB完成对交换的初始化。
微计算机系统 3）.管道 USB设备的端点与主机软件间可进行数据与控制命令的传输，USB设备 的端点和主机软件间的连接就称管道(PIPE)。一个USB设备可以有多个 端点，也就有多个管道。但一个USB设备必须有一个零端点用于设置， 端点0所对应的管道称为默认管道，默认管道用于传输控制类型信息。 4）.USB设备描述器 USB设备是通过描述器来报告它的属性和特点的。描述器是一个有一定 格式的数据结构。每个USB设备必须有设备描述器、设置描述器、接口 描述器和端点描述器。这些描时期提供的信息包括目标USB设备的地址、 要进行的传输类型、数据包的大小和带宽请求等。 设备描述器：一个USB设备只有一个设备描述器，它包含了设备设置所 用的默认管道的信息和设备的一般信息。 设置描述器：一个USB设备有一个或多个设备描述器。 接口描述器：一种设置可能支持一个或多个接口。比如CDROM，需要 3个接口，数据口，音频口，视频口。 端点描述器：一个接口可能包含一个或多个端点描述器，分别定义各 自的通信点。
8BIT SYNC PID
微计算机系统 6 USB的特点及应用 1.特点 USB计术的应用是计算机外设总线的重大变革。 USB有着很多优点： 1）用一种连接器类型连接多种外设。 USB对连接设备没有任何限制，仅提出了准则及带宽上界。USB统 一的4针插头取代了种类繁多的串、并插头，实现了将计算机常规 I/O设备，多媒体设备，通信设备以及家用电器统一为一种接口的愿 望。 2）用一个接口连接大量的外设 USB采用星形层次结构和HUB计术，允许一个USB主控机可连接多 达127个外设。两个外设间的距离可达5M，扩展灵活。 3）连接简单快捷 USB能自动识别USB系统中设备的接入或移走，真正做到即插即用； USB支持机箱外的热插拔连接，设备连接到USB时，不必打开机箱 或关电源。 4）总线提供电源 USB能提供5V,500mA的电源。 5）速度加快了 USB1.1版本有两种速度，高速（全速）为12MB/S，低速为1.5MB/S USB2.0 480MB/S
微计算机系统
USB包的类型 包的类型
PACKET类型 Token Token Token Token Data Data Handshake Handshake Handshake Special PID名称 OUT IN SOF SETUP Data0 Data1 ACK NAK Stall PRE PID3 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 PID2 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 PID1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 PID0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0
微计算机系统
1.2 电气特性 USB主机或根HUB对设备提供的对地电源电压为4.75-5.25,设备能吸入 的最大电流为500mA. USB设备的电源供给有两种方式：设备自带电源和总线供给方式。
微计算机系统
微计算机系统 2 USB设备及其描述器 1）.USB设备 USB设备分成HUB设备和功能设备两种。 HUB设备即集线器，是USB即插即用计术中的核心部分，完成USB设备 的添加、插拔检测和电源管理等功能。HUB设备不仅能向下层设备提供 电源和设置速度类型，而且能为其它USB设备提供扩展端口。 一个集线器由中继器和控制器构成，中继器负责连接的建立和断开，控 制器管理主机与集线器间的通信及帧定时。 功能设备能在总线上发送和接收数据和控制信息，是完成某项具体功能 的硬件设备，如键盘，鼠标等。 2）.端点 在USB接口中不再考虑I/O地址空间，IRQ及DMA的问题，只给每个 USB外设分配一个逻辑地址，但并不制定分配任何系统资源。而 USB外设本身应包含一定数量的独立寄存器端口，并能由USB设备 驱动程序直接操作。这些寄存器就是USB设备的端点(Endpoint)。当 设备插入时，系统会分给每个逻辑设备一个唯一的地址，而每个设 备上的端点都有不同的端点号。通过端点号和设备地址，主机软件 可以和每个端点通信。
微计算机系统 2 数据包 若主机请求设备发送数据，则送IN 标志到某端点，设备将响应以数 据包。一个数据包的格式如下：
8BIT SYNC 8BIT PID 0-1023BIT DATA 5BIT CRC
3 握手包（Handshake） 握手包由设备使用来报告交换的状态，有3种类型： ACK:应答包，表示数据正确 NAK：无应答，通知ROOT HUB和主控设备，无法返回数据。 STALL:挂起包,表示功能设备无法完成数据传输，并且需要主机插 手来解决故障。
微计算机系统 通用串行通信接口标准（ 通用串行通信接口标准（USB） ） 为解决目前微机系统中外设与CPU连接标准互不兼容，无法共享的 问题，产生了USB和IEEE 1394两种通用外设接口标准，其基本思路 是采用通用连接器和自动配置及热插拔计术和相应的软件，实现资 源共享和外设简单快速连接。 B的物理接口和电气特性 USB(Uniersal Serial Bus)即通用串行总线，是以Intel为主， Compaq,Microsoft,IBM,DEC及NEC等公司共同开发的。WIN98及 WIN2K都内置了对USB接口的支持模块。 1.1接口信号线 USB总线包含4根信号线，其中D+和D-为信号线，Vbus和GND为电 源线。