USB接口

工作原理

USB是一个外部总线标准，规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口具有热插拔功能。USB接口可连接多种外设，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。USB版本经历了多年的发展，到如今已经发展为3.1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。

发展历程

USB1.0

USB1.0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。

USB2.0

USB2.0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）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。

USB3.0

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，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。预计支持新规范的商用控制器将在2009年下半年面世，消费级产品已经上市。

USB3.1

USB3.1Gen2是最新的USB规范，该规范由英特尔等公司发起。数据传输速度提升可至速度10Gbps。与USB3.0（即USB3.1Gen1）技术相比，新USB技术使用一个更高效的数据编码系统，并提供一倍以上的有效数据吞吐率。它完全向下兼容现有的USB连接器与线缆。

USB3.1Gen2兼容现有的USB3.0（即USB3.1Gen1）软件堆栈和设备协议、5Gbps的集线器与设备、USB2.0产品。

USB-IF最新的USB命名规范，原来的USB3.0和USB3.1将会不再被命名，所有的USB标准都将被叫做USB3.2，考虑到兼容性，USB3.0至USB3.2分别被叫做USB3.2Gen1、USB3.2Gen2、USB3.2Gen2x2。

主要优点

USB设备主要具有以下优点：

1.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。

2.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。

3.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。

4.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)。

接口布置

USB是一种常用的pc接口，它只有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：+5V，500mA。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：data+；白线：data-。

USB接口颜色

一般的排列方式是：红白绿黑从左到右。

定义：

红色－USB电源：标有－VCC、Power、5V、5VSB字样。

白色－USB数据线：（负）－DATA-、USBD-、PD-、USBDT-。

绿色－USB数据线：（正）－DATA+、USBD+、PD+、USBDT+。

黑色－地线：GND、Ground。

接口种类

随着各种数码设备的大量普及，特别是MP3和数码相机的普及，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。

B-5Pin

这种接口可以说是最常见的一种接口了，这种接口由于防误插性能出众，体积也比较小巧，所以正在赢得越来越多的厂商的重视，如今这种接口广泛出如今读卡器、MP3、数码相机以及移动硬盘上。

B-4Pin

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。

B-8Pin

MiniB型8PinRound

这种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。

B-8Pin-2×4

这种接口也是一种比较常见的接口了，例如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。

MicroUSB

符合USB2.0规范，支持12Mbit/s的数据传输速率。该模块按照Microport接口将控制引脚，便于与支持Microport接口的主控制器相连。

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将统一手机充电器标准。

type-C

Type-C，是一种全新的USB接口形式，它伴随最新的USB3.1标准横空出世。由USB-IF组织于2014年8月份发布，是USB标准化组织为了解决USB接口长期以来物理接口规范不统一，电能只能单向传输等弊端而制定的全新接口，它集充电，显示，数据传输等功能于一身。Type-C接口最大的特点是支持正反2个方向插入，正式解决“USB永远插不准”的世界性难题，正反面随便插。

TYPE-C硬件接口的特点明显，主要有以下几点：

（1）支持正反对称插拔，解决实际应用中的反插无法插入的问题；

（2）接口纤薄，可支持更加轻薄的设备，可令便携式设备的设计更薄更小；

（3）支持更大功率传输，最大可达100瓦，支持更多的大功率负载设备。

（4）支持单口和双口TYPE-C，应用灵活。

（5）支持双向功率传输，送电和受电均可。

电视应用

功能各异

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。

USB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。

电视USB接口

下图2中为电视侧面的usb接口，可以直接接插U盘或者移动硬盘