USB通用串行总线简介
通用串行总线接口——USB
通用串行总线接口——USB我相信大家都对USB有一定的了解吧。
但是也不能排除有不懂的，不过没关系，下面我就把这一计算机外设接口技术——USB来个全面介绍。
我以几个章节来介绍USB的概念、基本特性以及它的应用，让大家对USB有个全面的认识。
概念篇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Northen 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PC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。
USB 总线标准由1.1版升级到2.0版后，传输率由12Mbps增加到了240Mbps，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。
通用串行总线
通用串行总线通用串行总线（USB）是一种用于连接计算机及外部设备的标准接口。
USB接口的发展根植于个人电脑的普及，其已经成为一种被广泛应用的接口标准，用来连接各类设备，如打印机、键盘、鼠标、摄像头、外部硬盘等。
USB的发展历程USB接口的发展经历了几个重要的版本和演进。
在USB 1.0时代，数据传输速率较慢且设备插拔不方便，局限性明显。
随着USB 2.0的推出，数据传输速率得到了显著提升，达到了480Mbps，同时接口设计也更加便捷。
USB 3.0和USB 3.1进一步提高了传输速率，提供更好的性能和效率。
最新的USB 3.2为用户提供了更高的速度和带宽。
USB的特点USB接口的主要特点包括：•通用性：USB接口被广泛用于连接各类设备，具有极高的通用性。
•热插拔：用户可以在在不关闭计算机的情况下插拔USB设备，方便实用。
•供电：USB接口不仅能传输数据，还可为外部设备提供电源。
•速率：USB传输速率高，适合数据传输要求较高的设备。
USB的应用领域USB接口在各个领域都有着广泛应用。
以下是一些常见的应用领域：1.通信领域：手机、平板等设备通过USB接口实现数据传输和充电。
2.办公领域：打印机、扫描仪、键盘、鼠标等设备通过USB接口连接至计算机。
3.娱乐领域：摄像机、音箱、游戏手柄等设备通过USB接口连接到计算机或主机。
4.存储领域：外部硬盘、U盘等存储设备通过USB接口实现数据传输和备份。
USB的未来发展随着科技的不断进步，USB接口也在不断演进。
未来USB接口将会更加智能化和高效化，提供更快的数据传输速率、更高的电源输出能力，并且支持更多种类的设备连接。
未来USB接口的发展将为人们的日常生活带来更多的便利和效率。
总结：USB作为一种通用串行总线接口，在现代计算机和设备中扮演着重要角色。
它的发展至今已经历经多个版本的演进，成为连接各类设备的标准接口。
USB 接口的普及和进步为用户带来了更便捷的设备连接和数据传输方案，是现代科技不可或缺的一部分。
USB总线体系的概述
USB总线一、USB总线的体系结构USB ,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、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。
USB（通用串行总线），由Intel公司提出，带宽为12Mbps，与传统接口总线相比，主要优点有三个，1.可接入多达127个设备，目前计算机外设越来越多，PC机内有限的插槽和接口已经不能满足要求，USB缓解了这一矛盾。
2.可以热插拔，在电脑通电的情况下可以随时热插拔所连接的设备。
3.可即插即用。
设计USB的设备就必须深入了解USB的体系结构。
USB通用串行总线同其他串行并行接口不同，它是一个软硬件相结合的系统体系，对于刚刚进入USB设计的工程师来说，这个结构是复杂的。
为此，下面论述了USB的一些体系结构和基本概念。
USB总线的总体结构整个USB总线可以分为3个部分进行描述：USB连接、USB设备、USB主机（如图1）。
USB连接USB连接是指USB主机和USB设备的通信方式与方法，包括：总线拓扑（USB主机和设备之间的连接方式）；层内关系（USB总线每一层中的任务）；数据流模式（数据在USB 总线上的流动方式）；USB调度（USB提供一个共享的服从调度的互连）。
USB设备是通过USB总线连接到USB主机上的。
USB总线上的物理连接是一个分层的星形拓扑。
处于每个星形拓扑中央的是hub(USB集线器)。
在主机和一个hub或者一个应用之间以及在hub和其它hub或应用之间都是一个点对点的连接。
图1表示了USB的拓扑类型。
USB主机在USB总线中只有一个主机。
USB总线与计算机主机系统的接口部分就是主机控制器，它可被看做一个硬件、固件和软件的结合体。
主机系统中集成了一个根hub来提供一个或多个连接点。
USB通用串行总线
第7章USB通用串行总线7.1 概述7.1.1 USB开展过程通用串行总线USB〔Universal Serial Bus〕由paq、IBM 、Intel、Microsoft、NEC等公司于1994年联合提出。
1996年发布USB1.0标准1998年发布USB1.1标准两种传输速度：1.5Mdbs〔低速〕、12Mdbs〔全速〕热拔插和即插即用最多可同时连接127台设备1999年发布USB2.0标准1〕最高传输速度达480Mdbs〔高速〕，是USB1.1的40倍2〕向下兼容USU1.17.1.2 USB的设计目标及特点设计准则：1〕易于扩大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〕本钱低7.1.3 USB的接口特性B的输出. 差分驱动，支持半双工方式. 电缆阻抗围：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。
B的接收. 差分接收7.1.4 USB信号的定义7.1.5NRZI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〞。
位填充和NRZI编码如果接收端连续接收到7个逻辑"1〞，则认为发生了位填充错误。
7.2 USB系统构造7.2.1 USB总线的拓扑构造. 阶梯式星型拓扑构造USB的物理连接USB的逻辑连接. 管道：HOST软件与USB设备端口间的数据传输通道。
. 一个USB设备可有多个管道；设备的一个端口可建立一个输入管道和一个输出管道。
. 各管道之间相互独立。
7.2.2 USB主机一个USB系统只有一个主机，主机的USB接口称为USB控制器。
usb 传输原理
usb 传输原理USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种用于连接计算机和外部设备的串行总线标准。
它的传输原理基于以下几个方面：1. 物理连接：USB使用四根线缆进行连接，包括两根用于传输数据的差分数据线（D+和D-），一根用于提供电源的VCC 线，以及一根用于地线的GND线。
这些线缆共同构成了USB的物理连接。
2. 差分传输：USB使用差分传输技术，在D+和D-数据线上传输数据。
差分传输通过比较D+和D-之间的电压差异，来识别和传输数字信号。
这种传输方式有助于抵御外界干扰，提高数据传输的稳定性和可靠性。
3. 数据帧结构：USB的数据传输是按照数据帧的形式进行的。
每个数据帧由一个同步字段、一个帧头、数据内容和一个CRC校验字段组成。
同步字段用于同步接收端的时钟，帧头标识数据帧的开始，数据内容包含实际传输的数据，CRC校验字段用于数据的完整性验证。
4. 主从设备通信：USB采用主从设备模式进行通信。
计算机通常作为USB的主机，而外部设备则作为USB的从设备。
主设备负责发起和控制数据传输过程，从设备则依从主设备的指令进行数据的接收和发送。
5. 数据传输速率：USB支持多种速率的数据传输，包括低速（1.5 Mbps）、全速（12 Mbps）、高速（480 Mbps）和超速（5 Gbps或更高）。
具体的传输速率取决于USB版本以及连接的设备的能力。
通过以上原理，USB实现了计算机和外部设备之间的高速、可靠的数据传输。
它广泛应用于各种设备，例如打印机、键盘、鼠标、移动存储设备等，为用户提供了方便的数据交互和设备连接功能。
USB协议通用串行总线的工作原理与规范
USB协议通用串行总线的工作原理与规范USB（Universal Serial Bus）即通用串行总线，是一种用于连接计算机和外部设备的通信接口标准。
USB协议定义了数据传输的规范和传输方式，使得各种设备可以通过USB接口进行连接和交互。
本文将介绍USB协议的工作原理与规范。
一、USB的工作原理USB协议采用串行传输方式，可以同时传输数据和供电，因此广泛应用于各种外部设备，如鼠标、键盘、打印机等。
USB的工作原理可以简单归纳为以下几个方面：1. 物理传输层：USB接口通常包含四根线缆，分别是VCC（电源线）、D+（数据线正向信号）、D-（数据线反向信号）和GND（地线）。
通过这些线缆，USB可以提供设备间的电源供应和数据传输功能。
2. 握手协议：当设备插入到USB接口时，计算机会向设备发送握手信号。
设备收到握手信号后，会返回一个设备描述符，用于识别设备类型和功能。
3. 设备通信：设备与计算机之间的通信是通过数据传输的方式进行的。
USB协议使用分组的方式传输数据，每个分组包含一个起始标记、数据内容和一个终止标记。
通过这种方式，USB可以高效地实现数据的传输和交换。
4. 端点和管道：USB通信中的端点是指设备上的数据缓冲区，而管道是指连接计算机和设备的逻辑通道。
USB协议将端点分为输入端点和输出端点，以实现数据的双向传输。
5. 帧结构：USB通信的最小单位是帧，每个帧由若干个数据包组成。
USB协议规定了帧的长度和组成结构，使得数据可以按照一定的规则进行传输和解析。
6. USB总线功率管理：USB协议支持对外部设备进行功率管理，通过对设备的供电进行控制，可以有效管理系统的功耗和电源消耗，延长设备的使用寿命。
二、USB的规范USB协议的规范包括了以下几个方面：1. USB设备接口规范：USB设备接口规范定义了设备与计算机之间的物理连接方式和通信协议。
该规范规定了USB接口的电气特性，如电压、速度等，以及数据传输和供电方式。
POWERUSB介绍
POWERUSB介绍
USB，即Universal Serial Bus，中文名称为通用串行总线，是计算
机上一种常用的外设总线，是一种技术标准，它能将计算机引擎及周边硬
件实现连接，它使用弹性的接口，只要插成口就能连接，以达到快速热插
拔的目的，而且支持多个支持的设备，它能将一台电脑上的多种外设链接
在一起，极大的丰富了电脑应用的范围，提高了系统的灵活性。
USB是一种在计算机硬件和软件之间给定的技术标准，它提供了一个
简单的接口，使计算机和外设能够连接起来，从而使计算机能够控制外设
并从外设中获取数据。
与以前所见到的总线不同，USB的传输方式不是按
并行，而是按串行。
USB的特殊之处在于它能接受含有不同电压的设备，
从而可以接受5V、12V和20V的设备，其传输速度也有多种，可以满足不
同的需求。
USB功率是为了让新的USB设备正确运行而设计的，以保证它们在运
行时能够得到足够的电力供应。
每种USB设备都有一定的功率要求，这和
设备的类型有关，但最常见的功率需求是500mA，这是USB2.0总线支持
最大的功率值。
对于有些设备，如移动硬盘、U盘、固态硬盘等外接设备，运行时只需极少的功率，所以它们可以通过USB总线提供的电力进行供电。
USB总线
USB总线：USB总线是为通用串行总线，USB接口位于PS/2接口和串并口之间，允许外设在开机状态下热插拔，最多可串接下来127个外设，传输速率可达480Mb/S，它可以向低压设备提供5伏电源，同时可以减少PC机I/O接口数量。
USB总线：通用串行总线USB（universal serial bus）是由Intel、 Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。
它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。
它可以为外设提供电源，而不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。
另外，快速是USB 技术的突出特点之一，USB的最高传输率可达12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，而且USB还能支持多媒体UBS通用串行总线的特性阻抗是90欧姆。
允许外设在开机状态下热插拔，最多可串接下来127个外设，传输速率可达480MB/S，P它可以向低压设备提供5伏电源，同时可以减少PC机I/O接口数量。
众所周知，常见的使用USB端口的设备分为信息传输和电源供电两大类，而这对于USB通用端口的区别只是四条导线的接驳与否问题。
micro USB 端接线定义micro USB 端接线定义下面给大家一个直观的剖析：在上述介绍中已经介绍过USB接线的内部分线通用排列颜色及顺序，一般为从左至右黑、绿、白、红。
对于需要数据信息传输的设备，USB接线的内置分线一般为四条，分别对应为：黑—— - 5V电压绿—— DATA+（数据+）白—— DATA -（数据- ）红—— +5V电压如手机数据线常用的 Micro USB 端，接线必须按照同色配对连接，否则则会出现读取设备无法识别的显示各类型USB接口详解各类型USB接口详解对于仅需电源供电的设备，USB接线的内置分线一般为两条，即黑色的负五伏电源线和红色的正五伏电源线二十一世纪二十年代市面上出售的一拖N充电数据线大多以数据线为噱头命名，因为需要4条连接线，多功能数据线的制作成本及载荷会大大增加。
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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。
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图1-6 USB集线器和设备的连接
1.4 USB的软件结构
B的逻辑结构 USB的设备可以分成多个
不同类型，同类型的设备可以 拥有一些共同的行为特征和工 作协议，这样使设备驱动程序 的编写变得简单一些。USB协 议规范中定义了USB的设备类 型，比如，音频、通信、HID、 HUB等设备类。USB设备的软件 结构如图1-7所示。
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图1-7 USB逻辑结构
B的通信模型 USB的通信模型如图1-8所示。从图中可以看出，主机分客户软件层、USB
系统软件层和USB主机控制器。USB系统软件是指在某一操作系统上支持USB的 软件，它独立于USB设备和客户软件。USB主机控制器是主机方的USB接口，它 是软硬件的总称。
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1.2 USB的特点
USB技术的设计同时照顾了用户和硬件生产商双方的利益，它具有很多优点， 概括起来，主要体现 在以下五个方面：
USB支持带电动态插拔（简称热 插拔）USB设备。
USB可自动对USB设备进 行动态配置。
USB具有极强的外设连接 能力。
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5 USB支持错误检测与恢复处理， 具有自动检测并隔离出错设备 的能力。
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图 1-11 握手包格式
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图1-8 USB通信模型
1.5 USB的数据传输
如果从头设计一个USB设备，必须决定哪些传输类型是合适的。 （1）控制传输方式：USB设备加入系统时，用于USB系统软件与USB设备
间传输配置、命令、状态信息等控制数据流，此类传输对可靠性要求 较高。 （2）中断传输方式：通常用于不允许迟滞的点设备随机地传输少量的 中断数据流。 （3）批量传输方式：一般用于需要发送大量数据的外设（如打印机、 扫描仪或数码照相机等）传输数据块。 （4）同步传输方式：通常用于调制解调器等外设，传输连续的、速率 固定的实时数据流（如语音信号等），此类传输要求实时性强、低误 码率和低时延。
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图 1-10 数据包格式
（3）握手包。数据接收方向数据发送方回复的信息，报告数据交换 的状态。握手包又称为状态包、状态段、交换段，其格式如图10 11所示。 它仅由一个8位的PID字段构成，由一个字节的包字段后的EOP确定界限。 如果包被解读为合法的握手信号，但没有以一个字节后面的EOP终止，则 它被认为是无效的，且被接收机忽略。
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1.1 USB概述
USB的设计为非对称式的，它由一个主机（host）控制器和若 干通过hub集线器设备以树形连接的设备组成。一个控制器下最多 可以有5级hub，包括hub在内，最多可以连接127个设备，而一台 计算机可以同时有多个控制器。
USB可以连接的外设有鼠标、键盘、游戏手柄、游戏杆、扫描 仪、数码相机、打印机、硬盘和网络部件。对数码相机这样的多 媒体外设，USB已经是缺省接口；由于大大简化了与计算机的连接， USB也逐步取代并口成为打印机的主流连接方式。
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图1-5 USB系统的物理总线拓扑
B接口及信号 USB总线包括4根信号线，用来传送信号和提供电源。如图1-4所示，其中
“D+”和“D-”为信号线，传送信号。“D+”和“D-”是一对双绞线，“D+” 是绿色，“D-”是白色。还有2根是电接口的形式和与主机的连接如图1-6所示。
USB通用串行总线简介
USB（Universal Serial Bus）是由Compaq，IMB，Intel， Microsoft，NEC等7家公司在1994年提出的。其最大的特点是支持热 插拔（Hot plug）和即插即用 （Plug & Play）。当设备插入时，主 机枚举（enumerate）此设备并加载所需的驱动程序，因此使用远比 PCI和ISA总线方便。