從軟硬件結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)USB接口轉(zhuǎn)換器

隨著以太網(wǎng)通信技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，其開放性、平臺(tái)無關(guān)、信息服務(wù)多樣性等優(yōu)點(diǎn)以及和傳統(tǒng)總線相比具有的高速和互聯(lián)互通優(yōu)勢，使以太網(wǎng)通信成為目前世界上工業(yè)控制領(lǐng)域高速通信的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)和未來通信的發(fā)展趨勢。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著智能信息自動(dòng)化的發(fā)展，USB接口轉(zhuǎn)換器應(yīng)用領(lǐng)域的逐漸擴(kuò)大。USB轉(zhuǎn)串口可使你在串口中（rs232）和USB接口之間非常容易地建立可靠的連接。通過利用USB接口具有的即插即用和熱插撥的能力可以給串口(rs232)外圍設(shè)備提供非常容易使用的環(huán)境。只要簡單地將外設(shè)插入到PC（電腦）以外的總線中，PC（電腦）就能自動(dòng)識(shí)別和配置USB設(shè)備。而且?guī)捀?，增加外設(shè)時(shí)無需在PC內(nèi)添加接口卡，多個(gè)USB集線器可相互傳送數(shù)據(jù)，使PC可以用全新的方式控制外設(shè)。USB總線標(biāo)準(zhǔn)由1.1版升級(jí)到2.0版后，傳輸率由12Mbps增加到了240Mbps，（在特殊情況下甚至可達(dá)到1Mdps以上的速率）。它的設(shè)計(jì)可以讓你方便地連接諸如手提電話、數(shù)碼相機(jī)、ISDN-TA、Modem等設(shè)備。

1. USB的硬件結(jié)構(gòu)

USB采用四線電纜，其中兩根是用來傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另兩根為下游（Downstream)設(shè)備提供電源，對于高速且需要高帶寬的外設(shè)，USB以全速12Mbps的傳輸數(shù)據(jù)；對于低速外設(shè)，USB則以1.5Mbps的傳輸速率來傳輸數(shù)據(jù)。USB總線會(huì)根據(jù)外設(shè)情況在兩種傳輸模式中自動(dòng)地動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。USB是基于令牌的總線。類似于令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)或FDDI基于令牌的總線。USB主控制器廣播令牌，總線上設(shè)備檢測令牌中的地址是否與自身相符，通過接收或發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)來響應(yīng)。USB通過支持懸掛/恢復(fù)操作來管理USB總線電源。USB系統(tǒng)采用級(jí)聯(lián)星型拓?fù)洌撏負(fù)溆扇齻€(gè)基本部分組成：主機(jī)（Host)、集線器（Hub)和功能設(shè)備。

主機(jī)，也稱為根，根結(jié)或根Hub，它做在主板上或作為適配卡安裝在計(jì)算機(jī)上，主機(jī)包含有主控制器和根rs485集線器（Root Hub)，控制著USB總線上的數(shù)據(jù)和控制信息的流動(dòng)，每個(gè)USB系統(tǒng)只能有一個(gè)根集線器，它連接在主控制器上。

集線器是USB結(jié)構(gòu)中的特定成分，它提供叫做端口（Port)的點(diǎn)將設(shè)備連接到USB總線上，同時(shí)檢測連接在總線上的設(shè)備，并為這些設(shè)備提供電源管理，負(fù)責(zé)總線的故障檢測和恢復(fù)。集線可為總線提供能源，也可為自身提供能源（從外部得到電源），自身提能源的設(shè)備可插入總線提供能源的集線器中，但總線提供能源的設(shè)備不能插入自身提供能源的集線器或支持超過四個(gè)的下游端口中，如總線提供能源設(shè)備的需要超過100mA電源時(shí)，不能同總線提供電源的集線器連接。

功能設(shè)備通過端口與總線連接。USB同時(shí)可做Hub使用。

2. USB的軟件結(jié)構(gòu)
每個(gè)USB只有一個(gè)主機(jī)，它包括以下幾層:
(1)USB總線接口
USB總線接口處理電氣層與協(xié)議層的互連。從互連的角度來看，相似的總線接口由設(shè)備及主機(jī)同時(shí)給出，例如串行接口機(jī)（SIE）。USB總線接口由主控制器實(shí)現(xiàn)。(2)USB系統(tǒng)

USB系統(tǒng)用主控制器管理主機(jī)與USB設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。它與主控制器間的接口依賴于主控制器的硬件定義。同時(shí)，USB系統(tǒng)也負(fù)責(zé)管理USB資源，例如帶寬和總線能量，這使客戶訪問USB成為可能。

3. USB的數(shù)據(jù)流傳輸

主控制器負(fù)責(zé)主機(jī)和USB設(shè)備間數(shù)據(jù)流的傳輸。這些傳輸數(shù)據(jù)被當(dāng)作連續(xù)的比特流。每個(gè)設(shè)備提供了一個(gè)或多個(gè)可以與客戶程序通信的接口，每個(gè)接口由0個(gè)或多個(gè)管道組成，它們分別獨(dú)立地在客戶程序和設(shè)備的特定終端間傳輸數(shù)據(jù)。USBD為主機(jī)軟件的現(xiàn)實(shí)需求建立了接口和管道，當(dāng)提出配置請求時(shí)，主控制器根據(jù)主機(jī)軟件提供的參數(shù)提供服務(wù)。

USB接口轉(zhuǎn)換器支持四種基本的數(shù)據(jù)傳輸模式：控制傳輸，等時(shí)傳輸，中斷傳輸及數(shù)據(jù)塊傳輸。每種傳輸模式應(yīng)用到具有相同名字的終端，則具有不同的性質(zhì)。

一般的計(jì)算機(jī)只有兩個(gè)USB端口，如果你想連接更多的USB外設(shè)，則利用USB集線器，該集線器可提供多個(gè)USB端口，你只要將該集線器直接插入你的計(jì)算機(jī)即可。有了足夠的USB端口，你就可以最多連入127個(gè)USB設(shè)備。

 宇泰公司在USB數(shù)據(jù)采集、USB工業(yè)控制等領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的成果，在現(xiàn)實(shí)中得到成功的應(yīng)用。隨著工控行業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，USB（USB轉(zhuǎn)換器，RS232轉(zhuǎn)換器）必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。