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控制板上的usb接口,基于usb接口多单片机与PC通信

张世龙 05-13 10:35 84次浏览

1 .概述

USB=通用串行总线是一种完整的通用串行总线,是一种使用差分信号传输数据的热插拔高速串行传输总线。

USB设备可以直接与主机通信,也可以与hub通过主机通信。 一个USB系统只有一个USB主机,设备包括功能设备和hub,最多支持127个设备。

USB是主从模式结构,因此设备和设备之间、主机和主机之间不能互连。 为了解决这个问题,扩大了USB的应用范围,出现了USB OTG、ON The Go。 USB OTG是同一设备,可以根据情况在主机和从机之间切换。

USB协议的版本包括USB1.0、USB1.1、USB2.0、USB3.1等。

速度模式:

USB1.0低速模式: 1 .5Mb/s秒

USB1.1全速模式: 12Mb/s秒

USB2.0高速模式: 480Mb/s 500mA

USB3.0超高速模式: 5.0Gb/s实质3.2Gb/s 900mA

USB3.1超高速模式:仅10Gb/s实7.2 GB/s20v/2a-type-a/b12v/3a-type-c

USB1.1 OTG USB2.0 OTG :支持点对点通信作为相应的补充。

供电模式:

自供电:机器从外部电源获取工作电压。

总线供电:设备采用vbus(5v )供电,电流最大为500mA,允许值不超过10uF;

低功耗USB设备:最大功耗不超过100mA;

高功耗USB设备:枚举时的最大功耗为100mA以下,枚举完成后的功耗为500mA以下。

(枚举期间,通过设备配置说明向主机报告其供电模式和功耗请求。)

优点:传输速度快,热插拔、系统总线供电、支持设备种类多,易于扩展;

缺点:传输距离短,供电能力有限。

2 .硬件配置

USB使用差动传输模式,两条数据线d和D-; 他们使用3.3V的电压(与CMOS的5V电压不同),电源线和地线可以为设备提供最大电流500mA ) )可以通过程序设定)。

差动信号1:dvoh(min ) ) 2.8V (且d-vol (max ) ) 0.3V ) )。

差动信号0:D- VOH and D VOL

USB2.0和USB3.0的区别:

USB2.0速度不比USB3.0快;

USB2.0通常为白色或黑色,USB3.0为蓝色;

USB2.0为500mA,USB3.0为900mA; USB3.1为20V/5A;

j状态(和谐仙人掌) :

D+ 高,D- 低

K状态(低电平):D+低,D- 高

SEO状态:D+ 低,D- 高

Reset信号:D+ and D- < VOL for >= 10ms

主机在要和设备通信之前会发送Reset信号来把设备设置到默认的未配置状态。即主机拉低两根信号线(SE0状态)并保持10ms

Idle状态:J状态数据发、送前后总线的状态

Suspend状态:3ms以上的J状态

 

3. 传输结构

集合关系:传输类型 -> 事务 -> 包 -> 域

传输类型: 控制、中断、同步、批量

事务: IN、OUT、SETUP

包: 令牌包、数据包、握手包

域: 同步序列域、包标识域、地址域、端点域、帧号域、数据域、CRC校验域

 

注意:

USB的基本数据结构是包;

USB总线发送是LSB在前,MSB在后。

 

4. 拓扑结构

Usb主控制器:对丛机设备的控制和数据处理

Usb根集线器:是特殊的usb集线器,集成在主机控制器中,不占用地址;

Usb集线器:可以扩展出更多的USB口。

一个主控制器对应一个根集线器,而一个根集线器通常对应一个或者几个USB口,比如电脑主机上有7个主控制器和7个根集线器,

 

5. 速度检测

全速和低速的识别

主机的hub端的D+和D-上分别接了15k的下拉电阻到地,当主机hub悬空时,主机hub端均为低电平;

usb设备端的D+或者D-上接有1.5k上拉电阻,低速设备的上拉电阻接到D-上,高速和全速设备的上拉电阻接到D+上,当设备插入主机时,根据数据线的电平高低识别速度。

 

 

高速设备识别

usb高速设备的D+上接有1.5k的上拉电阻,当设备插入主机时,首先被识别为全速设备。之后,hub和设备需要通过“Chirp序列”的总线握手机制来识别高速和全速设备。整个过程中,高速的hub需要检测插入的设备是高速、全速还是低速,高速的设备需要检测所连接上的hub是都支持高速模式,如果双方都确认成功,就进行以系列的动作,设备从全速切换到高速模式,高速模式下,采用电流传输模式,设备需要将上拉电阻断开。否则,设备以全速模式工作;

 

6. HSIC

HSIC—USB High Speed Inter-Chip

是一个两线源同步的串行接口,使用240MHz双倍数据速率产生480MHz的高速速率,和传统的USB电缆连接拓扑结构的主机完全兼容。不支持中速和低速USB转换。

 

480MHz高速数据速率;

源同步串行接口,不传输时不耗电;

不支持热插拔,线路长度10cm;

信号驱动在1.2V标准LVCMOS水平;

不支持高速线性调频协议,HSIC只能工作在高速状态;

HSIC可以替换IIC;

常用于3G和4G模块中。

7. Type-C

接口特点

支持正反插;

支持最高20V5A的电源能力,支持快充;

支持USB3.0  USB3.1协议,同时向下兼容USB2.0协议;

多功能:传输电源和数据外,还可以传输音视频;

管脚定义

                                                  插座(front view)

                                                  插头(front view)

VBUS:电源

TXn+/TXn-/RXn+/RXn-:USB3.0/3.1高速数据线;

D+/D-:USB2.0数据线;

CC:逻辑功能识别及配置管脚,用来检测正反插以及充电功率控制。

         Type-C作为DFP模式时(类似HOST或适配器)VBUS输出默认是没有电压的,只通过CC线的上拉电流大小来通知外设默认支持电流大小(5V:900mA,1.5A,3A),当接上外设后(UFP)CC线会被外设的5.1K电阻接地,VBUS就会输出5V。此后双方可以通过CC线进行数据通信,并协商到更高的充电电压(PD功能)。

        

VCONN:如果使用Active Cable(譬如DP功能),VCONN用来给Cable的芯片供电(共用CC管脚);

SBU1/2:辅助信号,DP模式下的AUX协议信号;

备注:

DFP:Downstream Facing Port 下行端口可理解为Host,提供VBUS,也可提供数据。

UFP:Upstream Facing Port 上行端口可理解为Device,从VBUS中取电,并可提供数据。

DRP:Dual Role port双角色端口既可做DFP(Host),也可做UFP(Device),也可在DFP与UFP间动态切换。

 

8. USB芯片种类

接口芯片:通用USB接口芯片 Usb interface chip

USB 主控制器:USB HOST功能芯片 Usb host chip

USB微控制器:带USB接口MCU  usb with mcu

并口桥:USB转并口芯片   Usb to parallel bridge   8bit  16bit  32bit

串口桥:USB转串口芯片  Usb to serial bridge   IIC、SPI或者UART

音频控制器: Usb Audio Controller  IIS接口

HUB控制器:USB HUB  USB HUB Controller

USB-USB桥:通过USB实现PC互连USB to USB bridge

闪盘控制器:Usb flash controller

读卡器:智能卡设备类  Usb smart card

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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