USB接口设计-PPT.ppt

### USB接口设计知识点详解 #### 一、USB接口概述及结构 **USB（Universal Serial Bus）**是一种广泛使用的计算机标准接口技术，旨在简化外围设备与计算机之间的连接。它支持即插即用特性，并能为连接的设备供电。USB接口的设计主要用于解决传统并行端口存在的诸多限制。 1. **USB接口的组成部分**： - **Type A**：主要用于个人电脑和其他主机设备。 - **Type B**：通常用于外围设备如打印机或扫描仪。 - **Mini-USB**：适用于便携式电子设备，如手机、数码相机和移动硬盘。 - **Micro-USB**：更小型化版本，用于智能手机和平板电脑等移动设备。 - **USB Type-C**：最新一代接口，正反面均可插入，支持高速数据传输和高功率充电。 2. **USB接口的扩展需求**：某些嵌入式系统（例如基于S3C44B0的系统）内部并不包含USB控制器，因此需要通过外部扩展的方式接入USB控制器，比如PDIUSBD12等。 #### 二、USB系统介绍 1. **USB系统的特点**： - **连接数量**：单个USB端口理论上最多可以连接127个设备。 - **热插拔功能**：用户可以在不关闭系统或电源的情况下随时插拔设备。 - **供电能力**：通过USB线缆可以为设备提供最高5V、500mA的电力供应。 - **传输速率**： - **USB 1.1**：最高数据传输速率为12Mbps。 - **USB 2.0**：将传输速率提升至480Mbps。 - **USB 3.0/3.1/3.2**：分别提供了更高的传输速率，达到5Gbps、10Gbps甚至20Gbps。 2. **USB系统的组成**： - **USB互连**：定义了USB电缆和连接器的标准。 - **USB设备**：包括各种外设，如键盘、鼠标、摄像头等。 - **USB主机**：通常是个人电脑或其他具备USB主机功能的设备。 - **传输速率**：分为低速（1.5Mbps）、全速（12Mbps）和高速（480Mbps）。 - **传输类型**：包括控制传输、块传输、中断传输和同步传输四种类型。 - **设备枚举**：完成连接USB设备的过程，主机发送请求并向设备分配地址，设备向主机发送所请求内容，从而完成USB设备配置。 3. **USB系统的兼容性**：USB 2.0规范与USB 1.1兼容，所有的USB 1.1设备可以直接在USB 2.0接口上使用。 #### 三、USB控制器的选择与设计 1. **常见USB控制器**： - **PDIUSBD12**：一种广泛应用的USB控制器，适合于嵌入式系统开发。 - **USBN9603**：适用于低功耗应用场合。 - **CH371**、**CH375**：成本较低的解决方案，适用于简单的数据传输需求。 - **CY7C68013**：高性能USB控制器，适用于需要高速数据传输的应用场景。 2. **USB控制器的设计考虑**： - **硬件选择**：根据项目需求选择合适的USB控制器。 - **软件支持**：确保所选控制器有良好的驱动程序支持。 - **电源管理**：考虑USB接口的供电能力及其对整体系统功耗的影响。 - **信号完整性**：设计时应注意D+和D-差分信号的完整性和稳定性。 #### 四、USB接口的应用案例 1. **嵌入式系统**：USB接口广泛应用于嵌入式系统中，作为数据传输和设备连接的重要途径。 2. **移动设备**：智能手机和平板电脑等移动设备几乎都配备了USB接口，用于数据传输和充电。 3. **个人电脑**：USB接口已成为现代PC的标准配置之一，支持多种外设的连接。 4. **工业自动化**：在工业控制领域，USB接口常用于传感器数据采集和设备控制。 USB接口设计不仅涵盖了硬件层面的技术细节，还涉及到了软件支持、电源管理和信号完整性等多个方面。对于嵌入式系统设计师来说，掌握USB接口的相关知识和技术是非常重要的。