USB接口分析

USB接口分析1、USB接口的定义USB是UniversalSerialBus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。它是一种应用在PC领域的新型接口技术。USB是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品，并扩展至摄影器材、数字电视(机顶盒)、游戏机等其它相关领域。最新一代是USB3.1，传输速度为10Gbit/s，三段式电压5V/12V/20V，最大供电100W，新型TypeC插型不再分正反。2、工作原理USB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。USB接口即插即用和热插拔功能。USB接口可连接127种外设，如鼠标和键盘等。USB是在1994年底由英特尔等多家公司联合在1996年推出后，已成功替代串口和并口，已成为当今电脑与大量智能设备的必配接口。1998年后，随着微软在98中内置了对USB接口的支援模块，，加上USB设备的日渐增多，USB接口才逐步走进了了实用阶段。USB版本经历了多年的发展，到如今已经发展为3.0版本。对于大多数工程师来说，开发USB2.0接口产品主要障碍在于:要面对复杂的USB2.0协议、自己编写USB设备的驱动程序、熟悉单片机的编程。这不仅要求有相当的VC编程经验、还能够编写USB接口的硬件(固件)程序。所以大多数人放弃了自己开发USB产品。为了将复杂的问题简单化，西安达泰电子特别设计了USB2.0协议转换模块。USB20D模块[1]可以被看作是一个USB2.0协议的转换器，将电脑的USB2.0接口转换为一个透明的并行总线，就象单片机总线一样。从而几天之内就可以完成USB2.0产品的设计。3、发展历程3.1USB1.0USB1.0是在1996年出现的，速度只有1.5Mb/s(位每秒);1998年升级为USB1.1，速度也大大提升到12Mb/s，在部分旧设备上还能看到这种标准的接口。USB1.1是较为普遍的USB规范，其高速方式的传输速率为12Mbps，低速方式的传输速率为1.5Mbps(b是Bit的意思)，b/s一般表示位传输速度，bps表示位传输速率，数值上相等。B/s与b/s，BPS(字节每秒)与bps(位每秒)不能混淆。1MB/s(兆字节/秒)=8Mbps(兆位/秒)，12Mbps=1.5MB/s，大部分MP3为此类接口类型。图3.13.2USB2.0USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的。它的传输速率达到了480Mbps，折算为MB为60MB/s，足以满足大多数外设的速率要求。USB2.0中的增强主机控制器接口(EHCI[2])定义了一个与USB1.1相兼容的架构。它可以用USB2.0的驱动程序驱动USB1.1设备。也就是说，所有支持USB1.1的设备都可以直接在USB2.0的接口上使用而不必担心兼容性问题，而且像USB线、插头等等附件也都可以直接使用。使用USB为打印机应用带来的变化则是速度的大幅度提升，USB接口提供了12Mbps的连接速度，相比并口速度提高达到10倍以上，在这个速度之下打印文件传输时间大大缩减。USB2.0标准进一步将接口速度提高到480Mbps，是普通USB速度的20倍，更大幅度降低了打印文件的传输时间。3.3USB3.0由Intel、微软、惠普、德州仪器、NEC、ST-NXP等业界巨头组成的USB3.0PromoterGroup宣布，该组织负责制定的新一代USB3.0标准已经正式完成并公开发布。USB3.0的理论速度为5.0Gb/s，其实只能达到理论值的5成，那也是接近于USB2.0的10倍了。USB3.0的物理层采用8b/10b编码方式[3]，这样算下来的理论速度也就4Gb/s，实际速度还要扣除协议开销，在4Gb/s基础上要再少点。可广泛用于PC外围设备和消费电子产品。USB3.0在实际设备应用中将被称为USBSuperSpeed，顺应此前的USB1.1FullSpeed和USB2.0HighSpeed。USB3.0的传输速度是4.8Gbps，是USB2.0的十倍。没错，是G级的，但这是位(bit)，而不是字节(Byte)。就像你拉一条4Mbps的网线，实际下载速度只能达到512KB/S一样。因为8位=1字节，即4.8Gbps=600MB/S，这还是理论值,600MB/S，确实挺快的。但要达到这个速度，必须突破这两个瓶颈:主板接口、存储介质。买了个USB3.0的移动硬盘回来试，发现还是USB2.0的速度，这瓶颈很可能出在主板接口上。4、主要优点USB设备主要具有以下优点:a.可以热插拔。就是用户在使用外接设备时，不需要关机再开机等动作，而是在电脑工作时，直接将USB插上使用。b.携带方便。USB设备大多以小、轻、薄见长，对用户来说，随身携带大量数据时，很方便。当然USB硬盘是首要之选了。c.标准统一。大家常见的是IDE接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描仪，可是有了USB之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与个人电脑连接，这时就有了USB硬盘、USB鼠标、USB打印机等等。d.可以连接多个设备。USB在个人电脑上往往具有多个接口，可以同时连接几个设备，如果接上一个有四个端口的USBHUB时，就可以再连上;四个USB设备，以此类推，尽可以连下去，将你家的设备都同时连在一台个人电脑上而不会有任何问题(注:最高可连接至127个设备)。5、接口布置USB是一种常用的PC接口，他只有4根线，两根电源两根信号，故信号是串行传输的，USB接口也称为串行口，USB2.0的速度可以达到480Mbps。可以满足各种工业和民用需要.USB接口的输出电压和电流是:+5V500mA实际上有误差，最大不能超过+/-0.2V也就是4.8-5.2V。USB接口的4根线一般是下面这样分配的，需要注意的是千万不要把正负极弄反了，否则会烧掉USB设备或者电脑的南桥芯片:黑线:GND红线:VCC绿线:DATE+白线:DATE。一般的排列方式是:红白绿黑从左到右定义:针脚名称说明接线颜色1VCC+5V电压红线2D-数据线负极白线3D+数据线正极绿线6、接口种类6.1USBA型公口随着各种数码设备的大量普及，特别是手机和个人电脑的普及，我们周围的USB设备渐渐多了起来。然而这些设备虽然都是采用了USB接口，但是这些设备的数据线并不完全相同。这些数据线在连接PC的一端都是相同的，但是在连接设备端的时候，通常出于体积的考虑而采用了各种不同的接口。下面简单介绍Mini类型sub接口的各种应用。6.2B-5Pin这种接口可以说是最常见的一种接口了，这种接口由于防误差性能出众，体积也比较小巧，所以正在赢得越来越多的厂商青睐，如今这种接口广泛应用出如今读卡器、MP3、手机、数码相机以及移动硬盘上。4GND接地黑线MiniB型5Pin6.3B-4PinMiniB型4Pin还有一种形式，那就是MiniB型4PinFlat。顾名思义，这种接口比MiniB型4Pin要更加扁平，在设备中的应用也比较广泛。这种接口常见于以下品牌的数码产品:奥林巴斯的C系列和E系列，柯达的大部分数码相机，三星的MP3产品(如Yepp)，SONY的DSC系列，康柏的IPAQ系列产品……MiniB型4Pin6.4B-8Pin该接口和前面的普通型比起来，就是将原来的D型接头改成了圆形接头，并且为了防止误插在一边设计了一个凸起。这种接头可以见于一些Nikon的数码相机，CoolPix系列比较多见。虽然Nikon一直坚持用这种接口，但是在一些较新的机型中，例如D100和CP2000也都采用了普及度最高的MiniB型5Pin接口。MiniB型8PinRound6.5B-8Pin-2×4B-8Pin-2×4接口也是一种比较常见的接口了，例如我们熟悉的iRiver的著名的MP3系列，其中号称铁三角的180TC，以及该系列的很多其他产品采用的均是这种接口。这种接口的应用范围也还算是广，不过从iRiver自3XX系列全面换成MiniB型5Pin的接口后，这种规格明显没有MiniB型5Pin抢眼了。MiniB型8Pin2×46.6MicroUSBMicroUSB是USB2.0标准的一个便携版本，比部分手机使用的MiniUSB接口更小，Micro-USB是Mini-USB的下一代规格，由USB标准化组织美国USBImplementersForum(USB-IF)于2007年1月4日制定完成。Micro-USB支持OTG，和Mini-USB一样，也是5pin的。Micro系列的定义包括标准设备使用的Micro-B系列插槽;OTG设备使用的Micro-AB插槽;Micro-A和Micro-B插头，还有线缆。Micro系列的独特之处是他们包含了不锈钢外壳，万次插拔不成问题。2009年10月26日在瑞士日内瓦举办的国际电联ITU-T第五研究组(SG5)全会上完成了通用移动终端及其它ICT设备的电源适配器和充电器方案框架标准讨论并通过，并申请进入报批程序。这实际意味着全球都统一手机充电器的标准。7、应用虽然很多电视机都配有USB接口，但是通过USB接口连接存储设备后能实现的功能却不太相同。有的电视机只支持播放USB存储设备中的图片，有的可以播放音乐文件和一些特定格式的视频。7.1USB线说到USB播放能力，当前的国产电视在USB播放能力上还都是比较出色的，H.264编码和RM/RMVB格式的高清视频一般都能流畅播放，效果虽然比高端的高清播放机还是有差距，但是也足够一般用户使用了。7.2电视USB接口下图中为电视侧面的UAB接口，可以直接接插U盘或者移动硬盘。8、总结首先，如果你的电视配有HDMI接口的话，那么看高清视频的话，它一定是最佳选择，因为HDMI接口不仅能够将高清信号完美无损的传输，而且还能够传输高质量的音频信号。如果笔记本或者电脑并没有HDMI接口的话，也不用担心，因为用VGA接口连接电视同样能够获得好的图像效果，只不过是音频需要另外的音频接口来连接。当然有的S端子也是电脑上常见的接口，效果也过去。色差分量接口和AV接口都是有三根线组成的，很多人都容易把他们搞混，其实色差分量线可以看成是红、绿、蓝三原色的分别输出，所以它的线是由红、绿、蓝三种线组成，色差分量接口是大多数大品牌的蓝光播放机的必备接口，可想而知它的效果还是非常不错的。而AV接口呢，可以不用就不要用了。USB接口可以说是现年来电视上最新兴起的多媒体接口，如果用户比较注重USB播放能力，最好自己带着视频文件去卖场进行测试，防止被骗。9、各种USB插头实物图：注释[1]USB20D模块:USB20D是由西安达泰电子有限公司设计的USB2.0设备通用接口模块，它隐藏了通过USB总线进行数据传输所需的繁琐技术细节。应用程序通过调用本模块的函数，可以把相应的功能转变成模块硬件接口上的一系列脉冲和电平，发送到外围逻辑，进行指定的数据传输，从而极大地简化了USB设备的设计工作。[2]EHCI（EnhancedHostControllerInterface）增强型主机控制器接口规范描述了一个通用串行总线（USB）2.0版的主机控制器的寄存器级接口。该规范包括系统软件和主机控制器硬件之间的硬件/软件接口的描述。本规范的目的是为硬件组件设计，系统集成商和设备驱动程序（软件）开发。[3]8B/10B编码方式，也叫做8比特/10比特或8b10b。8b/10b方式最初由IBM公司于1983年发明并应用于ESCON(200M互连系统），由AlWidmer和PeterFranaszek在IBM的刊物“研究与开发”上描述。8b/10b编码是目前许多高速串行总线采用的编码机制，如USB3.0、1394b、SerialATA、PCIExpress、Infini-band、FibreChannel(光纤通道)、RapidIO等总线或网络等。