從軟硬件結構認識USB接口轉換器

隨著以太網通信技術的快速發展和廣泛應用，其開放性、平臺無關、信息服務多樣性等優點以及和傳統總線相比具有的高速和互聯互通優勢，使以太網通信成為目前世界上工業控制領域高速通信的事實標準和未來通信的發展趨勢。

進入21世紀以來，隨著智能信息自動化的發展，USB接口轉換器應用領域的逐漸擴大。USB轉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)外圍設備提供非常容易使用的環境。只要簡單地將外設插入到PC（電腦）以外的總線中，PC（電腦）就能自動識別和配置USB設備。而且帶寬更大，增加外設時無需在PC內添加接口卡，多個USB集線器可相互傳送數據，使PC可以用全新的方式控制外設。USB總線標準由1.1版升級到2.0版后，傳輸率由12Mbps增加到了240Mbps，（在特殊情況下甚至可達到1Mdps以上的速率）。它的設計可以讓你方便地連接諸如手提電話、數碼相機、ISDN-TA、Modem等設備。

1. USB的硬件結構

USB采用四線電纜，其中兩根是用來傳送數據的串行通道，另兩根為下游（Downstream)設備提供電源，對于高速且需要高帶寬的外設，USB以全速12Mbps的傳輸數據；對于低速外設，USB則以1.5Mbps的傳輸速率來傳輸數據。USB總線會根據外設情況在兩種傳輸模式中自動地動態轉換。USB是基于令牌的總線。類似于令牌環網絡或FDDI基于令牌的總線。USB主控制器廣播令牌，總線上設備檢測令牌中的地址是否與自身相符，通過接收或發送數據給主機來響應。USB通過支持懸掛/恢復操作來管理USB總線電源。USB系統采用級聯星型拓撲，該拓撲由三個基本部分組成：主機（Host)、集線器（Hub)和功能設備。

主機，也稱為根，根結或根Hub，它做在主板上或作為適配卡安裝在計算機上，主機包含有主控制器和根rs485集線器（Root Hub)，控制著USB總線上的數據和控制信息的流動，每個USB系統只能有一個根集線器，它連接在主控制器上。

集線器是USB結構中的特定成分，它提供叫做端口（Port)的點將設備連接到USB總線上，同時檢測連接在總線上的設備，并為這些設備提供電源管理，負責總線的故障檢測和恢復。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），自身提能源的設備可插入總線提供能源的集線器中，但總線提供能源的設備不能插入自身提供能源的集線器或支持超過四個的下游端口中，如總線提供能源設備的需要超過100mA電源時，不能同總線提供電源的集線器連接。

功能設備通過端口與總線連接。USB同時可做Hub使用。

2. USB的軟件結構
每個USB只有一個主機，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議層的互連。從互連的角度來看，相似的總線接口由設備及主機同時給出，例如串行接口機（SIE）。USB總線接口由主控制器實現。(2)USB系統

USB系統用主控制器管理主機與USB設備間的數據傳輸。它與主控制器間的接口依賴于主控制器的硬件定義。同時，USB系統也負責管理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的數據流傳輸

主控制器負責主機和USB設備間數據流的傳輸。這些傳輸數據被當作連續的比特流。每個設備提供了一個或多個可以與客戶程序通信的接口，每個接口由0個或多個管道組成，它們分別獨立地在客戶程序和設備的特定終端間傳輸數據。USBD為主機軟件的現實需求建立了接口和管道，當提出配置請求時，主控制器根據主機軟件提供的參數提供服務。

USB接口轉換器支持四種基本的數據傳輸模式：控制傳輸，等時傳輸，中斷傳輸及數據塊傳輸。每種傳輸模式應用到具有相同名字的終端，則具有不同的性質。

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

 宇泰公司在USB數據采集、USB工業控制等領域已經取得了一定的成果，在現實中得到成功的應用。隨著工控行業和物聯網技術的迅速發展，USB（USB轉換器，RS232轉換器）必將在更廣闊的領域得到更深層次的應用。