USB通信协议及其接口芯片的控制方法
USB协议详解
USB协议详解⼀个transfer(传输)由⼀个或多个transaction(事务)构成，⼀个transaction(事务)由⼀个或多个packet(包)构成，⼀个packet(包)由⼀个或多个sync(域)构成。
1.传输数据通信USB的数据通讯⾸先是基于传输(transfer)的，传输的类型有:中断传输、批量传输、同步传输、控制传输。
2.事务数据通讯⼀次传输由⼀个或多个事务(transaction)构成，事务可以分为:in事务、out事务、setup事务。
3.包数据通讯⼀个事务由⼀个或多个包(packet)构成，包可分为:令牌包(setup)、数据包(data)、握⼿包(ack)、特殊包。
4.域数据通讯⼀个包由多个域构成，域可分为：同步域(sync)、标识域(pid)、地址域(addr)、端点域(endp)、帧号域(fram)、数据域(data)、校验域(crc)。
USB传输传输分为四种类型：批量传输、等时(同步)传输、中断传输、控制传输。
1、批量(⼤容量数据)传输(Bulk Transfers): ⾮周期性，突发⼤容量数据的通信，数据可以占⽤任意带宽，并容忍延迟。
如USB打印机、扫描仪、⼤容量储存设备等。
批量输出事务：（1）主机先发出⼀个OUT令牌包（包含设备地址，端点号）。
（2）然后再发送⼀个DATA包，这时地址和端点匹配的设备就会收下这个数据包，主机切换到接收模式，等待设备返回握⼿包。
（3）设备解码令牌包，数据包都准确⽆误，并且有⾜够的缓冲区来保存数据后就会使⽤ACK/NYET握⼿包来应答主机（只有⾼速模式才有NYET握⼿包，他表⽰本次数据成功接收，但是没有能⼒接收下⼀次传输），如果没有⾜够的缓冲区来保存数据，就返回NAC，告诉主机⽬前没有缓冲区可⽤，主机会在稍后时间重新该批量传输事务。
如果设备检查到数据正确，但端点处于挂起状态，返回STALL。
如果检测到有错误（如校验错误，位填充错误），则不做任何响应，让主机等待超时。
USB通信实现范文
USB通信实现范文USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种常用的计算机外设连接标准，可通过一个标准化的接口连接计算机和各种外部设备。
USB通信实现了快速、可靠和方便的数据传输，已在计算机、手机、摄像头等许多设备中得到广泛应用。
本文将详细介绍USB通信的实现原理、协议和应用。
USB通信的基本原理是通过电缆进行数据传输。
USB电缆包括四对线，分别用于传输数据、供电和地线。
其中，数据传输线包括一对用于传输数据的差分对信号线（D+和D-），一对用于数据同步和电源管理的信号线（S+和S-）。
供电线用于向外部设备提供电源，地线用于连接设备的地。
USB通信的协议分为控制传输、批量传输、中断传输和等时传输四种。
控制传输用于设备配置和管理，批量传输用于大量数据的传输，中断传输用于传输周期性的小数据包，等时传输用于实时性要求很高的数据传输。
不同类型的传输在带宽和延迟上有所区别，根据不同应用需求选择合适的传输类型。
USB通信的实现过程包括设备连接、设备识别、设备配置和数据传输四个阶段。
设备连接时，主机通过端口检测和电源管理判断是否有外设连接。
设备识别时，主机与外设进行握手，确定外设的类型和能力。
设备配置时，主机通过控制传输指令对外设进行初始化和配置。
数据传输时，主机和外设根据传输类型和数据包描述符进行数据传输。
USB通信的应用非常广泛。
在计算机领域，USB用于连接键盘、鼠标、打印机、摄像头等外设，实现数据输入输出和控制功能。
在智能手机和平板电脑领域，USB用于充电、数据传输和外设连接。
在工业自动化中，USB用于连接传感器、执行器和控制器，实现数据采集和控制功能。
在音频和视频设备中，USB用于连接音箱、耳机、摄像头和扬声器，实现音视频数据的传输。
总之，USB通信通过标准化的接口实现了计算机和外部设备之间的快速、可靠和方便的数据传输。
USB通信的实现基于电缆传输、主从架构和不同类型的传输协议。
USB接口电路分析
USB接口电路分析USB(Universal serial bus)的中文含义是通用串行总线。
USB接口的特点是速度快、兼容性好、不占中断、可以串接、支持热插拔等。
目前ＵＳＢ接口有两种标准，分别为USB1.1和USB2.0.其中USB1.1标准接口的数据传输速度为12Ｍbps，USB2.0标准接口的数据传输速度为480Mbps。
主板通常集成4-8个USB接口，并且在主板上还有USB扩展接口，通常USB接口使用一个4针插头作为标准插头，通过USB 插头，采用菊花链的形式可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。
USB接口电路主要由USB接口插座、电感、滤波电容、电阻排、保险电阻、南桥芯片等组成。
USB 接口电路的VCC0和VCC1供电针脚通过保险电阻和电感连接到电源插座的第4针脚，有的主板在供电电路中还设置有一个供电跳线，通过跳线可以选择待机供电或ＶＣＣ5供电。
如果选择待机供电，则在关机的状态下，USB接口也有工作电压。
USB接口电路中的保险电阻用来防止USB 设备发生短路时烧坏ＡＴＸ电源，目前的主板一般使用贴片电阻或高分子ＰＴＣ热敏电阻作为保险电阻。
高分子ＰＴＣ热敏电阻可以在出现短路情况时，自动升高内部电阻，起到保护的作用，同时在故障排除后，又会自动恢复到低电阻状态继续工作。
USB接口电路数据线路中的贴片电感和电阻排的作用是：在数据传输时起到缓冲的作用（抗干扰）。
这个电阻排通常采用阻值为22欧或33欧的电阻。
而数据线路中连接的电容排和电阻排起滤波的作用，可改善数据传输质量，电容排的容量一般为47ＰＦ，有的为100ＰＦ。
USB接口的工作原理是：当电脑主机的USB接口接入USB设备时，通过USB接口的5Ｖ供电为ＵＤＢ设备供电，设备得到供电后，内部电路开始工作，并向＋ＤＡＴＡ针输出高电平信号（—ＤＡＴＡ为低电平）。
同时主板南桥芯片中的USB模块会不停的检测ＵＳＢ接口的＋—ＤＡＴＥ的电压。
当南桥芯片中的USB模块检测到信号后，就认为USB设备准备好，并向USB设备发送准备好信号。
usb转spi芯片
usb转spi芯片USB转SPI芯片是一种常用的集成电路，用于将USB接口转换为SPI接口。
SPI全名为Serial Peripheral Interface，是一种通信协议，常用于各种设备之间的通信，如存储器、传感器、显示屏等。
USB转SPI芯片的作用是实现电脑或其他USB主机与SPI从机设备之间的数据传输。
SPI接口通常由四根线组成：主时钟线、主输出数据线、主输入数据线和从设备选择线。
通过USB转SPI芯片，可以实现USB主机通过USB接口与SPI从机设备之间的数据交互，并将从机设备的数据传输到主机。
USB转SPI芯片通常由以下几个主要模块组成：USB接口模块、SPI接口模块、控制模块和数据缓冲区。
USB接口模块负责将USB信号转换为芯片内部的控制信号和数据信号。
SPI接口模块负责将芯片内部的数据信号转换为SPI总线上的时钟信号和数据信号，以及将SPI总线上的时钟信号和数据信号转换为芯片内部的数据信号。
控制模块负责对数据传输进行控制，如选择从机设备、发送数据、接收数据等。
数据缓冲区用于存储传输的数据，以便进行数据的发送和接收。
USB转SPI芯片的工作原理如下：当USB主机发送数据时，USB接口模块将数据传输到芯片内部，并通过SPI接口模块将数据发送到SPI总线上。
同时，控制模块选择相应的从机设备，并通过SPI接口模块将时钟信号和数据信号发送到该设备。
从机设备接收到数据后，通过SPI接口模块将数据传输到芯片内部，并通过USB接口模块将数据传输到USB主机。
当USB主机接收到数据后，可以进行进一步的处理和显示。
USB转SPI芯片具有以下几个优点和应用场景：1. 简化系统设计：USB转SPI芯片可以将复杂的SPI总线协议转换为简单的USB接口，减少了系统设计和开发的工作量。
2. 提高系统性能：通过USB转SPI芯片，可以实现高速的数据传输和快速的响应时间，提高了系统的性能。
3. 扩展接口：USB转SPI芯片可以将USB接口扩展为SPI接口，方便与各种SPI从机设备进行通信，如存储器、传感器、显示屏等。
usb传输协议
usb传输协议USB（Universal Serial Bus）是一种用于连接计算机与外部设备的通信协议。
USB传输协议规定了数据在USB总线上的传输方式和流程，是计算机和外部设备之间进行可靠、高效数据传输的基础。
USB传输协议基于主、从设备的关系进行通信。
主设备通常为计算机，它负责向从设备发送命令和数据，并接收从设备返回的响应。
从设备则是外部设备，如打印机、鼠标、键盘等，它们接受来自主设备的命令并向主设备发送数据。
USB传输协议通过4个信号线来进行通信：数据线D+，数据线D-，电源线和地线。
数据线D+和D-负责传输数据，电源线提供供电，地线用于返回电路的闭环。
通过在D+和D-上施加不同的电压，可以表示不同的数据状态，从而实现数据传输。
USB传输协议定义了各种传输类型：控制传输、批量传输、中断传输和异步传输。
控制传输是最常用的传输类型，用于传输设备的控制命令和配置信息。
批量传输适用于大量数据的传输，如打印机中的打印数据。
中断传输适用于频繁但数据量较小的传输，如鼠标点击事件。
异步传输适用于对传输延迟要求较低的实时应用，如音频数据传输。
USB传输协议通过包（packet）的方式进行数据传输。
每个包由报头和数据组成，报头包含了数据包的大小、类型和错误检测等信息。
数据包可分为同步包和数据包，同步包用于同步主、从设备之间的时钟，数据包用于传输实际的数据。
USB传输协议还规定了数据的传输方式。
传输可分为控制传输、批量传输和中断传输三种方式。
控制传输通过控制管道进行，控制命令和配置信息的传输必须使用控制传输。
批量传输通过批量管道进行，适用于大数据量的传输。
中断传输通过中断管道进行，适用于实时性要求较高的传输。
USB传输协议还包括错误检测和纠正机制，以保证数据传输的可靠性。
在数据包中，每个字节都附带有校验位，用于检测数据传输过程中是否发生错误。
如果检测到错误，协议会进行错误处理，如重新发送数据包或请求重传。
总之，USB传输协议是计算机和外部设备之间进行数据传输的基础。
USB协议分析
USB协议分析协议名称：USB协议分析一、背景介绍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接口。
USB协议是为了提供一个标准的物理连接和通信方式，以实现不同设备之间的数据传输和通信。
本协议旨在对USB协议进行详细分析，包括协议的基本原理、通信流程、数据传输方式等内容。
二、协议分析1. USB协议基本原理USB协议采用主从结构，主要包括主机（Host）、设备（Device）和USB集线器（Hub）。
主机负责控制和管理整个USB系统，设备是连接到USB总线上的外部设备，而USB集线器则用于扩展USB接口数量。
2. USB协议通信流程a. 握手阶段：主机和设备之间进行握手，确定通信速率和协议版本。
b. 枚举阶段：主机对设备进行枚举，识别设备的类型和功能。
c. 配置阶段：主机与设备进行配置，包括分配地址和分配端点等。
d. 控制阶段：主机与设备之间进行控制命令的传输，包括读取设备描述符、发送控制命令等。
e. 数据传输阶段：主机与设备之间进行数据的读写操作，包括批量传输、中断传输和等时传输等。
3. USB协议数据传输方式a. 批量传输：用于大容量数据的传输，具有可靠性较高的特点。
b. 中断传输：用于周期性传输小量数据，具有低延迟的特点。
c. 等时传输：用于实时传输，对延迟要求非常高。
4. USB协议层次结构USB协议分为物理层、数据链路层、传输层和应用层。
a. 物理层：负责传输电气信号和电力供应。
b. 数据链路层：负责数据的可靠传输和错误检测。
c. 传输层：负责数据的分段和重组。
d. 应用层：负责数据的处理和应用。
5. USB协议相关标准a. USB 1.0：最初的USB标准，支持低速（1.5 Mbps）和全速（12 Mbps）传输。
b. USB 2.0：提升了传输速率，支持高速（480 Mbps）传输。
c. USB 3.0：引入了超速（5 Gbps）传输，提高了数据传输速率。
USB芯片设置软件使用说明
软件使用说明
本公司仪器使用的USB通讯芯片为CP2102，初始工作方式为USB转串口，需要将其改为USB方式。
此软件的功能有两个
1. 设置USB芯片工作方式。
2. 设置USB芯片内的序列号（仅作为USB芯片的标志，和仪器无关）
软件运行后，如果计算机上没有接入CP2102 USB设备，会出现如下的对话框
接入USB设备后，点击[查询接入设备]按钮，
正确识别设备后，软件会将找到的设备放入设备列表，
点击列表中的一个设备，该设备的信息将显示在“读出信息”框中，如果USB设备未做过设置，则“设备类型”一项会显示USB转串口设备。
下面以设置多参数仪器为例：
1. 在“设置设备类型”框中点选“USB设备（设备接入电脑后不产生虚拟串口）”一项
2. 并在信息编辑下面的表格中选择“MP-China Invent MP”一项
写入信息框中会出现将要写入USB芯片的信息，然后点击[写入]按钮，如果写入成功则会有如下提示
此时，可以将USB设备断开和电脑的连接，再接入和设置下一台USB设备。
常用USB转串口芯片介绍
常用USB转串口芯片介绍引言USB转串口芯片是一种常见的硬件设备，广泛应用于计算机与外部串行设备之间的通信连接。
本文将介绍几种常用的USB转串口芯片，并针对它们的特性、应用领域和操作方法进行详细介绍。
CH340芯片特性•CH340芯片是一种低成本USB转串口芯片，由中国公司WCH生产。
•支持全速USB通信（12Mbps）。
•内置EEPROM，支持自定义VID/PID。
•支持5V和3.3V供电。
•可以通过使用官方提供的驱动程序在Windows、Linux和Mac OS等多种平台上使用。
应用领域•Arduino控制器和传感器模块的通信。
•工业自动化设备与计算机之间的数据传输。
•单片机与计算机的串行通信。
操作方法1.在计算机上安装CH340驱动程序。
2.将CH340芯片插入USB端口。
3.通过设备管理器（Windows）或系统信息（Mac OS）查找COM端口号。
4.使用串口通信软件进行数据传输。
PL2303芯片特性•PL2303芯片是由台湾公司Prolific Technology Inc.开发的USB转串口芯片。
•支持全速USB通信（12Mbps）。
•自动流控制和自动功耗管理。
•兼容RS-232电平标准（±5V）。
•支持5V和3.3V供电。
应用领域•GPS导航设备与计算机之间的数据传输。
•网络设备的调试和故障排除。
•打印机和POS设备的连接。
1.在计算机上安装PL2303驱动程序。
2.将PL2303芯片插入USB端口。
3.通过设备管理器（Windows）或系统信息（Mac OS）查找COM端口号。
4.使用串口通信软件进行数据传输。
FT232芯片特性•FT232芯片是由英国公司Future Technology Devices International (FTDI)开发的USB转串口芯片。
•支持高速USB通信（480Mbps）。
•内置EEPROM，支持自定义VID/PID。
•支持波特率自适应，最高可达3Mbps。
usb桥接芯片
usb桥接芯片USB桥接芯片是一种将USB接口转换为其他类型接口的芯片。
它起到桥接的作用，使得不同类型的接口可以进行通信和数据传输。
下面将对USB桥接芯片进行详细介绍。
一、USB桥接芯片的作用USB桥接芯片是一种接口转换芯片，主要作用是连接不同类型的接口设备，并实现数据传输。
USB接口是一种通用的接口标准，在计算机和各类外围设备中广泛应用。
然而，有些设备采用的接口标准并非USB，为了和USB接口的设备进行通信，就需要用到USB桥接芯片。
通过USB桥接芯片的转换，可以实现不同类型接口的互联互通。
二、USB桥接芯片的分类根据不同的接口类型，USB桥接芯片可以分为多种类型：1. USB转串口桥接芯片：将USB接口转换为串口接口，使得计算机可以通过USB接口和串口设备进行通信。
2. USB转并口桥接芯片：将USB接口转换为并行接口，使得计算机可以通过USB接口和并行设备进行通信。
3. USB转SPI桥接芯片：将USB接口转换为SPI接口，使得计算机可以通过USB接口和SPI设备进行通信。
4. USB转I2C桥接芯片：将USB接口转换为I2C接口，使得计算机可以通过USB接口和I2C设备进行通信。
5. USB转CAN桥接芯片：将USB接口转换为CAN总线接口，使得计算机可以通过USB接口和CAN设备进行通信。
6. USB转PS/2桥接芯片：将USB接口转换为PS/2接口，使得计算机可以通过USB接口和PS/2设备进行通信。
7. USB转以太网桥接芯片：将USB接口转换为以太网接口，使得计算机可以通过USB接口和以太网设备进行通信。
三、USB桥接芯片的工作原理USB桥接芯片的工作原理主要分为两个部分：USB接口转换和数据传输。
1. USB接口转换：USB桥接芯片内部集成了USB PHY（物理层）和USB控制器。
USB PHY负责将USB信号转换为芯片内部可识别的数字信号，USB控制器负责解析USB协议和与外部设备进行通信。
USB协议资料ppt课件
2020/2/9
1
• B概述
主要内容
• B物理电气规范
• B通信协议
• 4.实现难点
2020/2/9
2
B概述
• USB（Universal Serial BUS）通用串行总线 • 现在存在四种USB协议
– USB1.0 低速 1.5Mbps 192KB/s – USB1.1 全速 12Mbps 1.5MB/s – USB2.0 高速 480Mbps 60MB/s – USB3.0 超速 5Gbps 640MB/s
• B通信协议
• 4.实现难点
2020/2/9
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B通信协议
• 3.1 USB包
– 包（Packet）是USB系统中信息传输的基本单元， 所有数据都是经过打包后在总线上传输的。
– USB包由五部分组成，即同步字段（SYNC）、 包标识符字段（PID）、数据字段、循环冗余校 验字段（CRC）和包结尾字段（EOP），包的基 本格式如下图：
– 一个USB 系统中仅有一个USB主机；
– 包括
• (1) 客户软件 • (2) USB系统软件 • (3) USB总线接口
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5
B概述
• USB设备
– 一个USB设备由三个功能模块组成：
• 功能单元 • USB逻辑设备 • USB总线接口 即串行接口引擎（SIE）
– 从设备架构角度来看，USB含有一个或多个配 置，在每个配置中可含有一个或多个接口，在 每个接口中可含有若干个端点。其中，配置和 接口是对USB设备功能的抽象，实际的数据传 输由端点来完成。在使用USB设备前，必须指 明其采用的配置和接口
• 只有主机能发送令牌包 • 三个重要的令牌包：IN、OUT、SETUP
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