STM32-(43)：USB总线与USB设备（USB概览）

1、USB的发展过程

USB（Universal Serial Bus）:通用串行总线是一种新兴的计算机外围串行通信接口
USB的发展史
1994年……Philips公司……Access.Bus 规范 （USB的前身）
1996年……Compaq、Intel、Microsoft、NEC……USB1.0规范
1997年……USB1.1规范
2000年……USB2.0规范
2002年……USB OTG规范

USB具有很多优点，例如即插即用，容易使用，方便携带，传输速度快，可扩展性强，标准统一，价格便宜等等。目前流行的USB设备有移动硬盘、数码相机、MP3、U盘、USB鼠标、键盘、游戏杆、USB MIDI 键盘、USB摄像头、USB打印机、USB扫描仪、USB声卡、USB话筒、USB网卡、USB显示器、USB电话、具有USB口的各种仪表仪器等等，只要是能跟电脑打交道的，就基本上可以通过USB来实现，足见USB功能的强大。

2、USB的优点和缺点

• 优点：

• 可以热插拔：告别“并口和串口先关机，将电缆接上再开机”的动作。

• 系统总线供电：可提供5V/500mA 电源。

• 支持设备众多：例如鼠标，键盘，打印机，显示器等。

• 扩展容易，通过Hub可以连接多个设备

• 高速数据传输：USB1.1是12Mb/s，USB2.0高达480Mb/s（ps2 10Mb/s、并口8Mb/s、R-232 20Kb/s）

• 方便的设备互联：USB OTG支持点对点通信，例如数码相机和打印机直接互连，无需PC机转接。

• 缺点：

• 供电能力差：高功率设备必须外接电源，例如：打印机

• 传输距离短：USB总线的连接长度最大为5m，即便是用HUB来扩展最远也不超过30m。

3、USB的系统组成

主机： 提供USB接口和接口管理功能的硬件、软件、固件的额复合体。PC机或OTG设备。一个USB系统只能有一个主机。
设备（从机 ）： 1.集线器HUB:扩展主机接口，设备可以通过其接入主机；2.功能设备
物理连接： 即USB电缆。USB使用差分信号传输数据，全速/高速模式电缆必要外层屏蔽和铜漏线，且差分数据线双绞。一条USB的传输线分别由地线、电源线、D+、D-四条线构成，D+和D-是差分输入线，它使用的是3.3V的电压（注：与CMOS的5V电平不同），而电源线和地线可向设备提供5V电压，最大电流为500mA

4、USB拓扑结构

注：一个USB HOST最多可以同时支持128个地址，地址0作为默认地址，只在设备枚举期间临时使用，而不能被分配给任何一个设备，因此一个USB HOST最多可以同时支持127个地址，如果一个设备只占用一个地址，那么可最多支持127个USB设备。在实际的USB体系中，如果要连接127个USB设备，必须要使用USB HUB，而USB HUB也是需要占用地址的，所以实际可支持的USB功能设备的数量将小于127…

5、USB系统

• **应用程序：**应用程序运行于USB设备所连接的主机上。部分应用程序会由主机的操作系统提供，大部分的应用程序由USB设备的供应商提供。
• **驱动程序：**驱动程序服务于特定的操作系统，为USB设备提供支持。驱动程序通常由操作系统提供，独立于特定的应用程序和USB设备。
• **主机端控制程序：**包括硬件和软件，使USB设备能够被主机识别。

6、USB拓扑结构

在 USB2.0系统中，高速集线器由一个特殊的作用：把全速/低速信号与高速信号隔开。
Hub下行端口允许直接连接全速/低速USB设备，通信也仍是全速/低速，Hub与主控制器通信却始终是高速。

7、USB插入检测

差别：如果在D+接一个上拉电阻，说明是一个全速设备，如果在D-接一个上拉电阻，说明是一个低速设备。

8、USB信号

简析：电缆内部一共有四根线，电源线、地线、两根差分线，两根差分线一般是双绞在一起的，这样有利于抵抗外部的干扰。差分信号的含义是D+与D的差值。当D+与D-的差值差不多为3V左右，规定为逻辑电平1；当D-与D+的差值差不多为3V左右，规定为逻辑电平0。逻辑1与逻辑0之间差不多相差6V，信号区分度大，安全可靠。J状态与K状态定义了在传输的过程中数据是0还是1，真正的数据传输不是通过差分信号的0和1，而是通过状态。状态在不同的速度的设备的体现是不一样的。后面再传输数据段额过程中再详细分析。

9、USB电路

简析：USB_DP表示正向的（D+），接的1.5K的上拉电阻，表示这是一个全速的设备。R14与R15的作用是屏蔽外接的干扰。USB_DP和USB_DM左侧就直接连接到STM32上去（如果主机是STM32）

10、USB连接器