是发送器或者比较响应位如果主机是接收器 当 当 下 页 上 页 返 回 如图85中主机1和主机2在第一次出现不同电平时主机1的SDA1 1主机2的SDA2 0线与后主机1的DATA1电平与总线的SDA状态不同断开其数据输出级使主机1在竞争裁决中失去总线的控制权主机2取胜 下 页 上 页 返 回 注意 总线的地址和数据信息由取胜的主机决定所以在竞争过程中地址和数据信息不会丢失而且总线上的主器件既没有中心主机也没有任何优先级别 下 页 上 页 返 回 竞争时的同步时钟机制 器件1的时钟信号CLK1由高电平变为低电平将使时钟线SCL由高变低SCL线的电平变化会使连接在其上的器件2的时钟线CLK2发生由高到低的变化当CLK1由低变高时CLK2还处于低电平CLK1由低到高的状态变化不改变SCL的低电平状态即低电平周期短的器件的时钟由低至高的跳变不影响SCL线的状态器件1将进入高电平等待状态 下 页 上 页 返 回 当CLK2上跳为高电平时SCL结束低电平期被释放返回高电平此时器件1和器件2同时开始高电平期之后第一个由高电平变为低电平的器件又将SCL线拉成低电平重复前面的过程多个器件与此类同 下 页 上 页 返 回 注意 所有能在 产生自己的时钟信号并传送到时钟线SCL上 总线上传输信息的主器件都能 上述连接方式能在SCL线上产生一个同步时钟同步时钟低电平时间由时钟低电平期最长的器件确定而时钟高电平时间由时钟高电平期最短的器件确定发生竞争时SCL线上的时钟信号由所有主器件产生的时钟信号线与决定 下 页 上 页 返 回 通信中CPU可对相
关的特殊功能寄存器进行操作通过指令将 总线还可对其工作状况进行检测 接口电路挂靠或摘离 硬件 接口电路可完成数据的移位发送或接收及总线的盲闲状态检测对不带 接口的微处理器 只得以每个时钟周期2次的速率对SDA线采样以 了解总线的忙闲变化情况 具有自动寻址多主机时钟同步和仲裁等功能很强的总线用带有 总线是各种总线中使用信号线最少并 EEPROM各种传感器变送器及微处理器等设计智能仪器系统十分方便灵活体积也小在实际中得到广泛应用 总线的器件如ADDA 返 回 上 页 下 页 maxbook118com行总线USB 通用串行总线 Universal Serial BusUSB 协议是IntelCompaqDigitalIBMMicrosoftNECNorthern Telecom等七大公司于1994年共同制定并推出的串行接口总线标准有多种规范的版本目前使用较maxbook118comUSB20版于2000年4月推出新增了高速模式USB凭借其高速度和高通用性正在逐步取代串口并口成为个人计算机与外围设备相连的标准接口 返 回 上 页 下 页 1USB总线协议特点 1使用方便允许设备即插即用Plug Play即USB允许外设在主机和其他外设工作时进行连接配置使用及移除同时USB总线的应用可以清除PC上过多的IO端口而以一个串行通道取代支持动态接入和动态配置也称热插拔使系统与外设之间的连接更容易 2速度快USB11协议支持全速12Mbs和低速15Mbs的速率传输方式USB20协议支持480Mbs的高速传输方式 返 回 上 页 下 页 3连接灵活一个USB接口理论上支持的热 插拔设备可达127个既可以串行连接也 可以集线器连接 4供电方式灵活可以采用自供电也可
以由 总线供电并具有电源保护功能如果连续 3ms没有总线活动的话USB会自动进入挂 起状态处于挂起状态的设备消耗的电流小 于500μA 5支持的最大电缆长度为5mUSB20标准下 通过USB-Hub级连可达30m 6成本低廉易于扩展 返 回 上 页 下 页 7容错性能好具有事务处理错误检
测机制 可以对有缺陷的设备进行认定对错误的数 据进行恢复或报告 8支持多种传输类型以满足不同设备的需 求如等待传输方式适用于音视频等设 备无 纠错块传输适
用于打印机扫 描仪数码相机等中断传输适用于键 盘鼠标游戏杆等以及控制传输 返 回 上 页 下 页 2USB总线系统结构 一个USB系统由USB主机USB HOSTUSB设备USB DEVICE和USB互连三个基本部分组成USB主机一般制作在主板上包含主控制器和一个嵌入的集线器称为根集线器 Root hub 根集线器连接在主控制器上通过根集线器主机可以提供一个或多个接入点端口portUSB设备通过接入点与主机相连 USB设备按照功能可分为集线器Hub和功能设备即集线器可接入下行集线器和功能设备 返 回 上 页 下 页 在一个系统中有且仅有一个USB主机它在USB系统中处于中心地位对USB接口及其连接的设备进行管理控制数据和信息的流动集线器是USB系统的关键部件集线器通过端口的电气变化可检测出连接在总线上的设备的插拔操作并可通过响应USB主机的数据包将端口状态告知USB主机功能设备是能够通过总线发送和接收USB数据并可实现某种功能的设备USB的互连是指USB设备与主机之间进行
连接和通信的操作 返 回 上 页 下 页 一个USB系统为分层Tier星形拓扑结构如图826所示中心机是主机的根Hub可以连接下层Hub和功能设备图中的Func允许的最大层数为7层包括根层在主机与任何功能设备之间的一个通信通道中支持最多5个非根non-rootHub一个复合设备有多个端口的设备占两层因此第7层只能出现功能设备不能出现集线器一般而言USB设备与USB Hub间的连线长度不超过5m通过根集线器连接的设备不超过127个 返 回 上 页 下 页 USB系统的拓扑结构 返 回 上 页 下 页 3USB总线的物理接口 USB通过一个四线电缆传输信号与电源如图827所示其中D和D-是互相缠绕的一对数据线用于传输差分信号而VBus和GND分别为电源和地可以给外设提供5V最大500mA的电源功率不大的外设可以直接使用USB总线电源供电不必外接电源USB总线支持节约能源的挂机和唤醒模式 返 回 上 页 下 页 对于不同的外设USB20可根据速度要求在电缆上采用3种速率模式传输数据 1低速模式 Low speed 信号传输速率为10～ 100kbps主要适用键盘鼠标输入笔游戏 杆等外设具有费用低易用动态连接动 态分离可连接多个外设的特点 2全速模式 Full Speed 信号传输速率为 500kbps～10Mbps主要适合像电话压缩 视频设备宽带设备音频设备麦克风等一 系列的中速外设传输设备它除具备低速模式 的特点外还具有保障带宽和反应时间的优 点 返 回 上 页 下 页 3高速模式 High speed
信号传输速率为 25～480Mbps为视频设备外部存储设
备图像设备宽带设备具有宽高速特征 的外设所选用具有更高的带宽更快的反 应时间是前面两种方式无法比拟的 USB信号线在高速模式下必须使用带有屏蔽的双绞线而且最长不能超过5m而在低速模式时可以使用不带屏蔽或不是双绞的线但最长不能超过3m 返 回 上 页 下 页 4USB总线的数据格式和传输类型 USB数据的最小单位是域域构成包包构成事务事务最后构成传输传输是指一次完整的发出请求到该请求被完整的处理结束的整个过程事务是传输中的一个基本元素每一次传输由一个或多个事务组成事务由包组成包又由同步域标识域 PID 等域组成传输事务包和域的关系如图所示 返 回 上 页 下 页 域是USB数据的最小单位由若干位二进制数字组成不同的域二进制位数不同有七种域 同步域SYNC8位值固定为0000 0001用 于本地时钟与输入同步 标识域PID由四位标识符和四位标识符反码 构成USB的标识码有16种表明包的类 型和格式 地址域ADDR七位表示设备在主机上的地 址地址000 0000被命名为
零地址是任 何一个设备第一次连接到主机时被主机 配置枚举前的默认地址由此可知一个 USB主机只能寻址127个设备 1域 返 回 上 页 下 页 端点域ENDP四位由此可知一个USB设备端点数量最大为16个 帧号域FRAM11位每一个帧都有一个特定的 帧号帧号域最大容量0x800 数据域
DATA
长度为
0～1023
字节不同传输
类型数据域的长度各不相同但必须为字节的整数倍 校验域CRC对