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USB学习（上）

article 2024/11/13 15:35:20

1.USB是universal serial Bus 通用串行总线

USB 3.2 Gen1是USB3.0, USB 3.2 Gen2 是USB3.1

2.USB优缺点

优点：

1.支持热插拔：用户无需关闭系统或断电即可插入或拔出 USB 设备的能力，这种功能大大增强了用户操作的便捷性和灵活性，使得外设的连接和断开变得非常简单和安全。

2.USB信号使用差分信号传输，所以抗干扰能力强

3，USB2.0总线可提供5V/500ma电源

4，传输速率快

5，易于扩展，可通过Hub(集线器)连接多个设备

6，应用场景：鼠标键盘，游戏手柄，打印机，移动硬盘

缺点：

1.供电能力较差 USB2.0供电是5V/500mA 所以在开发板中有USB接口，当开发板接上了屏幕或其他模块后，光靠USB5V/500mA会照成供电能力不足，所以添加了一个12V/100mA的外接电源

2，传输距离较短只有几米

3，协议比较复杂协议比较复杂

3.USB2.0拓扑结构

USB只能在主从之间传输，且只能由主机主动发起，数据交换只能发生在主从设备之间

USB主机具有一个或多个USB主控制器（Host controller）和根集线器（root Hub）

USB集线器：用于对原有USB接口数量进行扩展，但不能扩展更多的带宽，无论集线器上连接多少个USB线，它们都是共享3.0（举例）的带宽

USB 的OTG（ON-THE-GO）作为USB协议的补充版本，允许同一设备，在不同场合，在主机和从机之间进行切换这点非常重要

USB拓扑结构图 Hub集线器 Func:功能设备

每个USB设备具有一个7bit地址，1~127地址可以，0不可用，被其他占用了

USB2.0协议中规定最多可扩展6层，加上底层总共7层，每层Hub最大允许串联5个设备，线缆长度最长5m,所以最大长度就是30m,距离越长干扰因素越多

4.USB2.0电气特性

标准USB总线

VBus: 5V的电源线

D+: 差分数据线正 D-:差分数据线负地线:（GND）做成双绕线提高抗干扰能力

USB_OTG多了一根OTG线

USB2.0支持3种传输速度：低速模式（1.5Mb/s），全速模式（1.2Mb/s）,高速模式（480Mb\s）

USB实际速率会比上述低一些，因为协议有很多开销，例如：同步，令牌，校验

实际熟虑会低一点的原因是要启动+发生器件ID+寄存器地址+最后才发生数据，和IIC类似，

插入了这么多设备，具体要和哪个设备通信，所以有设备开销

5.USB的插入检测机制

在USB的D-和D+均接了15K欧姆的下拉电阻，所以在没有设备接入时候，D+和D-均为低电平

在USB从设备中，均接了一个1.5K欧姆的上拉电阻到VCC 在全速设备中，会把上拉3.3v电阻接到D+, 在低速设备中，会把上拉电阻3.3v接到D-

作用：在高速设备中，当主设备有设备接入，主机与从机相连D+接口获得（15/16）*3.3V的电压

在低速中，则是主机设备的D-接口获得（15/16）*3.3V电压

主机识别到D+,D-为10就是高速，识别到01就是低速

6.USB学习资料难点（协议）

USB驱动编写非常复杂，移植ST的官方驱动

可参考正点原子相关ppt学习

7.STM32的USB特性

F1系列没有USB_OTG,不支持主从模式切换，其他系列如F4,F7,H7支持主从模式切换，

F1的USB和CAN共享同一个512字节的SRAM，所以不能同时使用，STM32F4-F7系列芯片内部内置了D+,D-内置1.5k上拉电阻。可以配置，支持软件断开功能，但F1系列Stm32系列里面没有

2.USB框图

F1系列将锁相环（PLL）时钟72M分配1.5分配得到USBCLK 得到48Mhz给USB端口

主控访问USB外设通过APB1总线来访问 PCLK1是控制时钟，通过主控来控制USB

STM32 F4/F7 USB框图

H7框图在外部可添加PHY芯，因为有高速传输没有焊接这个芯片用下面这个串行接口

DP代表D+,DM代表D-

开发板硬件连接

从机D+口上拉VCC,就是高速设备检测用的

用跳线帽连接，加了两个10R的电阻用处是抗干扰

10欧姆的电阻加在D+合并两端和D-合并两端，作用是抗干扰 USB_Typec

探索者V3可以作为主机，也可以作为主机

USB主机：通过PA15 USB-PWR控制三极管从而控制MOS关是否让USB-HOST给连接USB-HOST的从机供电

，PA15置1供电，置0不供电

USB从机接口和USB主机接口，USB_HOST和USB_SLAVE公用D+和D-,故不可同时连接

8.USB驱动库介绍

分为主机库和从机库，库里面有类

驱动硬件，要用到USB设备内核，配合驱动进行编写

USB相关实验

USB虚拟串口实验

用到例程里面的文件

步骤1：

步骤2

步骤3：在自己的工程里面设置工程名以及分组名然后在分组添加对应的.c文件

USB_CORE:核心

USB_CLASS:类

USB_APP:用户代码

步骤4：魔术棒设置，要添加USB_USB_FS这个宏

步骤5，修改usbd_conf.c/.h

步骤6

步骤7

函数分析

0x8000 = 1000 0000 0000 0000二进制，第15位置1表示接收完成标志

位14 回车的ASCII码值0x0d表示回车换行的ASCII码值为0x0a 10

/**
 * @brief       处理从 USB 虚拟串口接收到的数据
 * @param       buf     : 接收数据缓冲区
 * @param       len     : 接收到的数据长度
 * @retval      无
 */
void cdc_vcp_data_rx (uint8_t *buf, uint32_t Len)
{
    uint8_t i;
    uint8_t res;

    for (i = 0; i < Len; i++)
    {
        res = buf[i];

        if ((g_usb_usart_rx_sta & 0x8000) == 0)     /* 接收未完成 */
        {
            if (g_usb_usart_rx_sta & 0x4000)        /* 接收到了0x0d */
            {
                if (res != 0x0a)
                {
                    g_usb_usart_rx_sta = 0; /* 接收错误,重新开始 */
                }
                else
                {
                    g_usb_usart_rx_sta |= 0x8000;  /* 接收完成了 */
                }
            }
            else    /* 还没收到0X0D */
            {
                if (res == 0x0d)
                {
                    g_usb_usart_rx_sta |= 0x4000;   /* 标记接收到了0X0D */
                }
                else
                {
                    g_usb_usart_rx_buffer[g_usb_usart_rx_sta & 0X3FFF] = res;
                    g_usb_usart_rx_sta++;

                    if (g_usb_usart_rx_sta > (USB_USART_REC_LEN - 1))
                    {
                        g_usb_usart_rx_sta = 0; /* 接收数据溢出 重新开始接收 */
                    }
                }
            }
        }
    }
}