USB接口

首先看看USB接口。当你看到这些端口时，你应该知道，哦，这是一个USB端口。否则，在学习了USB之后，不知道USB接口会很尴尬。

您熟悉这些接口吗？常用的接口是Type A接口，通常是直接插入电脑，而Type B接口则比较少见。目前比较常见的是Mini-B和Micro-B接口。前者在MP3等设备中比较常见，当然在我们工程师的调试器中也经常用到。后者用于手机等设备，但现在大多数手机端口都被Type-C端口所取代：

这个接口可以向前和向后插入，并且可以提供比其他接口更大的电流和速度，所以今天你可以看到越来越多的设备支持Type-C。我们可以看看这些接口内部的引脚分布(不包括Type-C接口，它有很多引脚):

在某些接口中，第四引脚可能不存在；所有其他引脚都存在。采用Vbus和GND硬件供电，提供4.4-5.25V恒定供电(USB为设备提供5.25V供电时，数据线工作在3.3V)。当设备使用母线供电时，需要的电源由这两个引脚提供。当然，母线提供的电流是相对有限的。所以如果母线不能提供足够的电力，就需要使用外置电源。

D-、D+两个引脚用于数据传输，类似串口Tx、Rx数据线，不同的是USB采用差分传输，采用双绞线，而在线传输的数据编码远比串口复杂，这将在下一节介绍。

这里我们需要注意一条线的颜色，一般厂家都会按照标准生产USB数据线，但是有些厂家不一定，红色不一定是电源，黑色不一定是接地，在使用的时候需要注意确认。标准的USB数据线一般都会有屏蔽线包，防止外界干扰，但有些厂家偷工减料，可能没有屏蔽线，甚至D-、D+数据线都不提供，只提供电源线。

(图片来自网络，外白色包为屏蔽线。)由于采用差动传输，且只有两个引脚，所以总线是半双工传输，即只能同时发送或接收。同时，USB采用主多从模式，即USB网络中只有一台主机，其他都是从机，即设备。

USB历史版本

USB经过多年的发展，经历了多个版本，最初的版本1.0于1996年完成，支持低速(LS)模式(1.5Mb/s)和全速(FS)模式(12Mb/s)。USB1.1规范于1998年推出，比1.0有所改进，但速度没有变化。USB2.0于2000年推出了一种新的速度模式，高速(HS)模式，支持高达480mb /s。USB3.0于2008年发布，传输速率为5Gb/s。这两个版本是向后兼容的，即USB3.0主机端口可以连接USB 1.0和USB 2.0设备，但会影响设备的速度，所以最终的速度以较低的版本速度为准。

通过上拉电阻在数据线(D+或D-)上的位置，主机从全速设备中识别低速设备，高速设备后再移除上拉电阻。

在STM32F103中，支持usb2.0接口，但在全速模式下只有2.0，也就是说，最大速度只有12mb /s，转换成字节，只有1.5 Mb/s，不包括USB本身的协议开销(类似于串口中的起始位，结束位开销，但USB比这复杂得多)，最大有效数据带宽在1.2MB /s左右(我们接下来会看全速模式)。

因此，不要认为USB2.0接口一定支持高速模式。在STM32F4中，USB开始支持高速模式并支持OTG，这使得USB设备可以同时作为主机和设备使用。今天的手机一般都支持otg，它允许你通过适配器电缆将USB棒等设备插入手机，所以当你的触摸屏坏了，不用担心。只要插上你的无线鼠标和键盘，就可以玩手机了。当然，这只是紧急使用。真的，没有人随身携带鼠标或键盘。

集线器和USB拓扑

除了常见的设备之外，在USB网络中，还有一种特殊的设备，即HUB(集线器)，这种设备只有一个用途，就是将一个USB端口拆分为多个USB端口(最多7个)使用，这样即使你的电脑只有一个USB端口，通过HUB，也可以连接多个设备。HUB对用户是透明的(也就是说，用户在使用它时不必操纵它)，HUB的工作要比这复杂得多。

以上是USB连接图。您可以看到，通过HUB, USB网络可以连接非常多的设备(最多127个，取决于USB设备的7位地址)，由于HUB的时间和电缆传播的延迟，最多只能连接5个集线器。在层次结构方面，它由上图所示的7层表示(全速和高速设备的最大电缆长度为5米，低速设备的最大电缆长度为3米)。

USB网络中所有设备(包括HUB)的地址范围都是0 ~ 127。地址0是所有设备连接USB网络时使用的默认地址。枚举完成后，您可以获得一个新的USB设备地址，并使用该地址进行所有通信。换句话说，USB设备的地址是动态的，类似于网络的IP地址。

USB的层次结构

让我们再来看看USB的层次结构：

在开发中，特别是在软件开发中，主要关注的是上面两层，而底层的实现一般是由硬件自动完成的，比如STM32就帮助我们实现了这一层，我们只需要获取底层的数据然后进行相应的处理。