USB接口

• 使用灵活
USB共有4种传输模式：控制传输（control）、同步传 输（Synchronization）、中断传输（interrupt）、块传 输（bulk），以适应不同设备的需要。
• 能够采用总线供电
USB工作在5V电压下，总线提供最大达500mA电流。
7.1.2 USB的设计目标及特点
– 设计准则： 1）易于扩充 2）协议灵活 3）支持音频/视频等实时数据的传输 4）提供价格低廉的标准接口 – USB的特点： 1）速度快 2）设备安装和配置容易 3）易于扩展 4）使用灵活 5）可总线供电 6）成本低
闲置状态持续时间≥2.5us
复位
D+和D-＜2.8v的持续时间 ≥ 10ms
D+和D-＜0.3v的持续时间 ≥ 2.5us
7.1.5 数据的编码与解码 NRZI的编码方法不需独立的时钟信号 和数据一起发送，电平跳变代表“0”，没有 电平跳变代表“1”。在数据被编码前，在数 据流中每6个连续的“1”后插入1个“0”，从 而强迫NRZI码发生变化，接收端必须去掉这 个插入的“0”。
Host
Hubl Hub2 Node
宿主
第一层 Node 第二层
Hub3 Node
Hub4
Node Node
Node Node
第三层 第四层
Node
USB系统拓扑结构示意图
Host Root HUB
Root HUB
复合设备
HUB
Node 设备1
Node
Node
设备2 设备3
总线的拓扑结构
PC微机的USB拓扑结构中，USB设备具体连接方式如 12.23所示。
当设备在满速传输时:
要求接1.5K ±5%的上拉电 阻，并且在D+和D-线上分别 接入串联电阻，其阻值为 29~44，
USB D+
3.0~3.6V
1.5K
D-
29~44 USB设备
在满速传输时外接电阻的连接
2、电气特性
1. USB主机或根Hub对设备提供的对地电源电压为 4.75~5.25V。设备能吸入的最大电流值为500mA。
7.1.4 USB信号的定义
包开始
数据线从闲置状态跳变到K 态 SE0态保持2位的传输时间后 之后， 保持1位传输时间的J态。 SE0态保持2位的传输时间后之后， 保持1位传输时间的J态。
包结束
断开
SE0 保持SE0态持续2.5us以上 SE0 保持SE0态持续2.5us以上
连接
闲置状态持续时间≥2ms
7.1
•
USB概述
问题的提出：
外设与CUP的连接存在接口标准各自独立、互不 兼容、无法共享的连接头问题，并且安装、配置麻 烦。
•
解决基本思路:
采用通用连接器和自动配置及热插拔技术和相应 的软件，实现资源共享和外设简单快速连接，提供 设备共享接口来解决PC机与外部设备连接的通用性。
1.Βιβλιοθήκη Baidu
针对这一问题的解决，以Intel公司为主，并有 Compaq、Microsoft、IBM 、DEC、NEC等公司 共同开发，提出了USB通用外设接口标准。USB （Universal Serial Bus）的中文含义是通用串行 总线. 于1994年11月制定了第一个草案，1996年2月公 布了USB1.0版本，目前，已发展到2.0版.
1997年，微软在Windows97中开始外挂模块形式 提供对USB的支持，1998后，随着Windows98中 内置了对USB接口的支持模块，加上USB设备日 益增多，USB 逐渐流行起来。
2.
3.
USB的主要优点：
• 速度快
USB1.1: 有全速和低速两种方式，主模式为全速 模式，速率为12Mbps，另外为了适应一些不需要 很大吞吐量和很高实时性的设备，如鼠标等， USB还提供低速方式，速率为1.5Mbps。 USB2.0: 2000年9月推出的 USB2.0协议将使其速 率达到480Mbps，它非常适用于一些视频输入/输 出产品，并很有可能替代SCSI接口标准。
例：
源码
0 0 0 0 0 0 0 1 Sync 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Packer 0 1
位插入
0 0 0 0 0 0 0 Sync
1
1 1 1 1 1 1 0 Packer
1 1 1 1
0
1
NRZI
Sync Packer
7.2.1 USB系统拓扑结构
USB协议定义了在USB系统中Host与USB设备之间 的连接和通信，其物理拓扑结构如图所示。
7.1.3 USB的物理接口和电气特性
1、接口信号线 USB总线（电缆）包含4根信号线，用以传送信号和提供电
源。 其中，D+和D-为信号线，传送信号，是一对双绞线； Vbus和GND是电源线，提供电源。 USB接口插头（座）也比较简单，只有4芯。
D+ DGND
VBus
… …
(a)
D+ DGND
VBus
•
设备安装和配置容易
安装USB设备不必再打开机箱，所有USB设备支持 热拔插，系统对其进行自动配置，彻底抛弃了过 去的跳线和拨码开关设置。
• 实现成本低
USB对系统与PC的集成进行了优化，适合于开发低成本 的外设。
• 易于扩展
通过使用Hub扩展可驳接多达127个外设。标准USB电缆 长度为3米（低速为5米）。通过Hub或中继器可以使外 设距离达到30米。
2. USB设备的电源供给有两种方式：自给方式 （设备自带电源）和总线供给方式。USB Hub 是前一种方式。 3. USB主机有一个独立于USB的电源管理系统 （APM）。USB系统软件通过与主机电源管理系 统交互来处理诸如挂起、唤醒等电源事件。
USB设备连接原理：
• USB的输出 . 差分驱动，支持半双工方式 . 电缆阻抗范围： 76.5 – 103.5Ω . 驱动器输出阻抗匹配电阻： 28 – 44Ω . 所有USB设备的上游端口，按设备的 最高速定义。 • USB的接收 . 差分接收
键盘
显示器
USB主机
光笔
鼠标
音箱
麦克风
电话
集线器
集线器
图12.23 USB设备具体连接方式
7.2.2 USB主机
1. USB主机/设备的 简单模型:
1. 数据和控制信号在主机和USB设备 间的交换存在两种管道：单向和双 向。 USB的数据传送是在主机软件和一 个USB设备的指定端口之间。这种 主机软件和USB设备的端口间的联 系称作管道。 各管道之间的数据流动是相互独立 的。一个指定的USB设备可有许多 管道。发送数据的管道和接收数据 的管道。