STM32外设学习之USB
目录
1. 文档概述
1.1 目的
1.2 适用范围
2. USB技术简介
2.1 基本概念
2.2 发展历史
3. 硬件规范
3.1 接口类型
3.2 引脚定义（以USB 2.0 Type-A为例）
4. Device（设备）与Host（主机）的角色
4.1 Host（主机）
4.2 Device（设备）
4.3 关键区别
5. 常见问题
Q1：一个USB系统中可以有多个Host吗？
Q2：全速设备能插在高速Host上吗？
Q3：如何识别设备是全速还是高速？
Q4：USB 3.0接口为何向下兼容2.0？
Q5：Type-C接口如何识别正反插？
1. 文档概述
1.1 目的
本文档提供USB（通用串行总线）技术的全面说明，包括协议标准、硬件接口、数据传输规范及开发指南。
1.2 适用范围
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USB 2.0/3.0/3.1/4.0等版本
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Type-A/B/C等接口类型
2. USB技术简介
2.1 基本概念
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定义：USB（Universal Serial Bus）是一种标准化连接接口，用于设备间的数据传输与电力供应。
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特点：热插拔、即插即用、多设备级联、支持多种传输模式。
2.2 发展历史
| 版本 | 发布时间 | 速率 | 关键改进 |
|---|---|---|---|
| USB 1.0 | 1996 | 1.5 Mbps | 低速设备支持 |
| USB 2.0 | 2000 | 480 Mbps | 高速模式（Hi-Speed） |
| USB 3.2 | 2017 | 20 Gbps | 双通道超高速 |
| USB4 | 2019 | 40 Gbps | 基于雷电3协议 |
USB 定义了三种速度模式，用于适应不同设备的性能需求：
| 模式 | 速率 | 典型应用场景 |
|---|---|---|
| 低速（Low Speed） | 1.5 Mbps | 键盘、鼠标等低数据量设备 |
| 全速（Full Speed） | 12 Mbps | 音频设备、老式U盘、打印机 |
| 高速（High Speed） | 480 Mbps | 大容量存储、高速摄像头 |
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全速模式（Full Speed）是USB 的中间档速率，兼顾功耗和性能，适合中等数据吞吐量的设备。
3. 硬件规范
3.1 接口类型
| 类型 | 示意图（可插入图片） | 特点 |
|---|---|---|
| USB Type-A | ![Type-A] | 标准主机接口，广泛兼容 |
| USB Type-C | ![Type-C] | 正反插、支持USB PD快充 |
3.2 引脚定义（以USB 2.0 Type-A为例）
| 引脚 | 信号 | 颜色 | 功能 |
|---|---|---|---|
| 1 | VCC | 红 | 电源（+5V） |
| 2 | D- | 白 | 数据负线 |
| 3 | D+ | 绿 | 数据正线 |
| 4 | GND | 黑 | 地线 |
4. Device（设备）与Host（主机）的角色
USB通信基于主从架构，设备与主机有明确的角色分工：
4.1 Host（主机）
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功能：
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控制总线上的所有通信（发起数据传输请求）。
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为连接的设备提供电源（默认5V/500mA）。
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枚举和管理设备（如分配地址、加载驱动）。
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典型例子：
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电脑、智能手机（作为Host时）、USB集线器（Hub）。
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4.2 Device（设备）
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功能：
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响应主机的指令，被动传输数据。
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通过描述符（Descriptor）向主机报告自身功能（如设备类型、支持的协议）。
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典型例子：
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U盘、鼠标、键盘、打印机等外设。
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4.3 关键区别
| 特性 | Host（主机） | Device（设备） |
|---|---|---|
| 通信控制权 | 主动发起请求 | 被动响应请求 |
| 电源供应 | 提供电源（VBUS） | 消耗电源 |
| 典型接口芯片 | EHCI（USB 2.0主机控制器） | 如FT232（USB转串口芯片） |
5. 常见问题
Q1：一个USB系统中可以有多个Host吗？
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否。标准USB协议下，一条总线只能有一个Host（通过Root Hub管理多个Device）。但可通过OTG（On-The-Go）协议实现设备临时切换为主机（如手机连接U盘）。
Q2：全速设备能插在高速Host上吗？
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可以。USB 2.0高速Host会自动降速匹配全速/低速设备（通过检测D+/D-线上的上拉电阻位置）。
Q3：如何识别设备是全速还是高速？
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硬件上：全速设备的D+线上拉电阻（1.5kΩ），高速设备初始为全速，后续通过主机协商切换。
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软件上：通过描述符中的
bcdUSB字段判断（如0x0200表示USB 2.0）。
Q4：USB 3.0接口为何向下兼容2.0？
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通过独立的数据通道（蓝色引脚保留2.0信号线）。
Q5：Type-C接口如何识别正反插？
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CC（Configuration Channel）引脚检测方向并切换信号通路。