毕业设计论文-基于USB接口的读卡器的设计.doc

目 录目 录摘 要1摘 要2ABSTRACT3第一章 绪论31.1读卡器的发展状况31.1.1读卡器的出现31.1.2各种固体可移动存储卡的简单介绍41.1.3读卡器的发展状况61.2基于USB接口的读卡器的设计目和意义8第二章 USB技术的简单介绍92.1USB发展历程92.1.1规范的版本102.1.2USB2.0112.1.3IEEE1394112.2USB的优点122.2.1易于使用122.2.2速度快132.2.3可靠性142.2.4低成本142.2.5低功耗142.2.6操作系统的支持.142.2.7外围设备的支持.152.2.8有弹性152.2.9USB实施者论坛152.3 USB的缺点162.3.1缺乏对旧硬件的支持162.3.2点对点的通信162.3.3速度的限制162.3.4距离的限制:162.3.5硬件的错误或故障172.3.6协议的复杂性172.3.7版权费172.4与常用计算机接口比较172.5USB通信基本原理192.5.1通用串行总线192.5.2信号在USB总线上的传递192.5.3USB通信的完全实现23第三章 基于USB接口的读卡器的设计与实现253.1总体框架设计及功能定义253.1.1 USB控制器芯片263.1.2 FLASH存储器263.2方案的选定283.2.1USB控制芯片的选型283.2.2 NAND FLASH333.3原理图的设计353.4印制电路板的设计36摘 要另起一页随着计算机技术的发展，人们处理的文件体积越来越大，现在人们对于移动办公和数码产品存储的要求也越来越高，普通的软驱存储容量以不能满足人们的需要，因此各种各样的存储卡（Compact Flash、SmartMedia、MemoryStick等）的面世满足了用户对大容量数据存储的要求。那存储卡的数据怎么转移到PC上呢？利用原始的主机设备（如数码相机、MP3播放器等）吗？你会发现数据传输速度慢得让人沮丧。这时你就需要读卡器了，读卡器就可以使存储卡成为计算机的便携式的存储介质，它就是连接移动存储媒介和计算机的接口设备。可以以删除比使用串行接口的原始主机设备？更快的速度上传或是下载图片、音乐或是其他的数据。 本文首先介绍了读卡器的发展状况以及基于USB接口的读卡器的设计目的和意义，其中也对市场上流行的存储卡有简单的描述。第二章“USB技术的简单介绍”介绍了USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)的发展历程，优点和缺点，以及和其他的接口（例如RS-232,IEEE-1394等）的比较，USB通信的基本原理。第三章讲的是基于USB接口的读卡器的设计和实现，总体框架设计和功能设计，方案选定和原理图设计，最后是印制电路板的设计。删除关键字： 读卡器；存储卡的硬件接口；通用串行总线；删除USB基本原理删除 ABSTRACTWith the development of computer technology, the file people deal with is bigger and bigger. Now请斟酌, peoples demand is higher and higher for the data storage of mobile work and digital products. The common floppy drive storage can not meet the peoples expectations. As a result, there appeared a great variety of flash memory ( such as Compact Flash、,Smart Media、,Memory Stick ) to satisfy people who needed mass storage of data. However, how did you transfer the data to personal computer?请斟酌 May be you will choose the original host device (such as a digital camera or MP3 player) .You will find the slow data transfer speed made you so depression. Then you need the flash card reader. The flash card reader allows flash cards to be used as portable storage for computers. It is the interface device of computer and mobile storage medium. The flash card reader can enable the uploading and downloading of data at higher speeds than a host device using a serial interface. For the first ,the textthis paper introduce the development status of the flash card reader , the design purpose of the flash card reader using USB interface and some of the flash cards available in the market. Second chapter , the simple description of USB is consist of the development course of USB (Universal Serial Bus) , advantage & disadvantage, compare with other interfaces（such as RS-232, IEEE-1394 ）,the rationale of USB communication. Third chapter introduce the design and implement of flash card reader. This part comprises the general frame design & the function design, project selection & principle chart design, and the PCB (Printed Circuit Board) design.Key word: the flash reader； the hard interface of flash memory；USB (Universal Serial Bus)；the rationale of USB communication小4第一章 绪论所以一层标题为4号，黑体，不加黑，顶格，编号为“1”，例如，“1 绪论”1.1读卡器的发展状况1.1.1读卡器的出现提起读卡器，很多人都立即会想到这种产品是配合数码相机而产生的，不过目前已经不再局限于数码相机使用了，而是扩展到了更多的领域。“读卡器”顾名思义是一种读取数据的设备，但其不单单可以支持数据的读取同样支持数据的写入。其初期的设计思路主要是为了弥补数码相机数据输出的缺陷而产生的。由于早期USB接口并不普及，因此数码相机的输出口都是同电脑的串口连接的，由于串口的数据传输速度很低，如果把这些数据拷贝到硬盘上，那就要花费大量的等待时间了。因此，读卡器就应运而生了。1.1.2各种固体可移动存储卡的简单介绍 PC和便携式设备的移动外部存储介质，现以有多种标准，其各自有着一定的优点，以下是对各种存储卡的简单介绍 1.CF卡 各层标题均单独占行书写。标题序数顶格书写，后空一格接写标题，末尾不加标点。第四级以下单独占行的标题顺序采用A. B. C.和a. b. c.两层，标题均空四格书写序数，后空一格写标题。正文中对总项包括的分项采用、单独序号，对分项中的小项采用、的序号或数字加半括号，括号后不再加其它标点。下同，不再赘述。CF卡的全称是Compact Flash,由当时最大的Flash Memory卡厂商之一美国SanDisk公司于1994年推出的。大小为43mm x 36mm x 3.3mm，重量大约在15克以内CF卡使用FLASH作为存储媒介，无需供电也能保存资料，而且工作时耗电量也很低，3.3 V，5 V外电压通用，其耗电量只相当于传统存储设备如磁带、硬盘的3%或更低，适合用在移动设备上。由于推出时间早，所以发展上较为成熟，采用ATA协议的Compact Flash的接口为50针。由于应用较早加上容量上的优势，目前很多款数码相机上都是使用这种闪存卡来作为存储介质，而且兼容性较好，可用在PC Card Type II型兼容插槽上。市面上也有很多读卡设备支持，但是它过大的体积和重量则将限制它的发展。新推出的CF卡Elite Pro。采用50X，比CF卡的读写速度要快很多，支持双电压，分别是3.3V和5V两种，它也可用在PC Card Type II型兼容插槽上。2.SM卡 SM卡的全称是Smart Media ，由东芝公司（TAEC）于1995年11月发布的Flash Memory存贮卡，三星公司和东芝公司是最主要的Smart Media厂商。从它的体积来说，45mm x 37mm x 0.76mm使它成为当时最薄的Flash Memory存贮卡，仅重1.8克。接口方面，Smart Media采用了单面22针的接口，我们在卡外部只能看到扁平的金手指。驱动电压3.3V。由于控制格式的不统一，在以前它的兼容性则不太好，往往出现格式互不兼容的现象，有时会出现不同厂商的数码相机或MP3上使用的SM卡互不能直接使用，或者新的大容量SM卡不能被旧的SM读取设备所读取等怪现象，但是现在东芝公司则力图统一这种控制格式，希望可以提高它的兼容水平。早期设计上的问题使得它在兼容性上有不少缺点。3.MMC卡 MMC的全称是Multi Media Card，是一种小巧大容量的快闪存储卡,由西门子公司Siemens缩进2格（现在称为Infineon）和首推CF的SanDisk于1997年推出。由于它的封装技术较为先进，而且目前已经相当成熟，它的外形尺寸大约为 32mm24mm1.4mm，重量在2克以下，7针引脚，它的体积甚至比Smart Media还要小，不怕冲击，可反复读写记录30 万次,驱动电压3.3V,现在这种闪存卡已广泛用于移动电话，数码相机，数码摄像机，MP3等多种数码产品上。体积小重量轻非常符合移动存储的需要，而且它的构架更为简单，在兼容性来说也不错，可与SD插槽兼容，相互不同的设备之间是可以通用的，就目前来看MMC卡是应用最多、最广泛的存储卡之一。其微缩版RS-MMC卡仅在长度方面作了裁减，接口方面则与MMC保持一致，通过一个适配器(Dongle)便可以还原为一张普通的MMC卡。MMCA组织习惯针对不同的终端市场推出不同的存储卡。MMC plus与MMC mobile将分别对应MMC和RS-MMC的尺寸，MMC plus的引脚数为13，尺寸跟MMC一样大，增加的引脚主要用于大幅提高传输速率。MMC mobile的引脚数为8，支持双电压操作模式(1.8V/3V)，尺寸为 18mm24mm1.4mm。MMCA组织表示，MMC plus与MMC mobile卡可被MMC读卡设备兼容，并提供最高52MHzX8bit的数据传送速率，可以极大的减少存取时的功率损耗和搜索文件的时间。另外MMCA组织还推出了一种MMC micro的存储卡，它的引脚数为10，现已获得诺基亚、三星等手机厂商的支持。MMC micro卡与RS-MMC相比，尺寸更小，功耗也更低，存取速度方面则和MMC mobile相当。4.SD卡 SD卡的全称是Secure Digital，意为“安全数码”，它是由日本两大电器集团松下电器、东缩进2格芝和SanDisk联合推出，1999年8月首次发布。由于SD卡数据传送和物理规范皆由MMC发展而来，因此大小和MMC差不多，尺寸为32mm x 24mm x 2.1mm。仅是比MMC是厚了0.7mm，以容纳更大容量的存贮单元，重量上也秉承了MMC的轻重量，仅重约1.6克。SD的插槽可以兼容最新版本的MMC卡。从外观上的区别来看，由于SD接口除了保留MMC的7针外，还在两边加多了2针作为数据线，并且带了物理写保护开关，可防止存储的数据被误删除。 在容量方面，目前市场上已经有为了适应小型化，SD卡推出了Mini SD卡，引脚数为11，尺寸为20mm x 21.5mm x 1.4mm。还有micro SD卡，引脚数为8，尺寸为15mm x 11mm x 1mm。两种卡的驱动电压都还是2.7-3.6V,主要也是进攻手机、PDA、掌上电脑的信息终端。通过适配器可以转接为标准的SD卡。SD卡的确有着很不俗的发展潜力，几乎集各种优点于一身，甚至号称在版权保护方面是安全级别最高的Flash Memory。 5. MS卡自从1997年7月SONY宣布开发Memory Stick以来，Memory Stick已经在Sony全系列产品上得到充分应用。数码设备的产品线最为丰富的SONY甚至力图使这种Flash Memory成为业界标准。SONY自己称它的中文名字是记忆棒，其实它的大小为50mm x 21.5mm x 0.28mm，重量4克。接口是由单一平面的10针接合器连独立针槽，并具有写保护开关。在越来越强调的版权保护需求中，在1999年12月Sony推出了新的MagicGate Memory Stick，主要的变化在于加入了称为MagicGate的Sony专利的版权保护技术，遵从SDMI的标准。SONY的Memory Stick卡中，因外形尺寸大小的不同，又分成三种规格，即Memory Stick、Memory Stick PRO、Memory Stick DUO。带有“PRO”字样的记忆棒速度更快，功耗也更低。Memory Stick Duo或者Memory Stick PRO Duo 都可以通过适配器转换成普通的Memory Stick或者 Memory Stick PRO。1.1.3读卡器的发展状况随着MP3、PDA、数码相机、摄像机、等数码产品的发展，卡式数据存储介质使用也随之增多。有力的推动了读卡器的发展。目前MP3标配的128M或者256M闪存明显的已经不能满足我们的需要了，因此添置512M的闪存或更大容量的闪存成了我们的标准配置，但我们如果要把MP3歌曲拷贝到闪存上的话，只有通过MP3播放器来进行，而这个时候我们就需要专用的连线、驱动和软件才能完成，这样MP3播放器的可以便携性就差了很多，而如果这个时候我们使用读卡器的话，完全不需要MP3播放器的干预，直接就可以把MP3歌曲存放到闪存上，这样MP3就变得使用更方便了。除了为上述的数码设备提供便捷的数据转移的用处之外，目前读卡器还被大量的运用在移动的数据存储上。现在流行的U盘，如朗科优盘、鲁文易盘、爱国者迷你王，它们将USB控制器与闪存芯片集成在一起，体积十分小巧，对于大容量的数据传输十分方便。若使用读卡器与存储卡的组合也可以提供U盘相同的效果，存储卡主要有CF卡和SM卡，它们都使用闪存芯片，在MP3播放器、数码相机、PDA等设备上广泛使用。当USB读卡器插上存储卡后，就相当于一个移动电子硬盘了。这样轻巧方便的闪存卡就成为我们目前方便的移动存储媒介了，而读卡器则是这些闪存用来交换数据的最方便设备。它们性能与U盘相当，体积也不大。此外，这种组合方式具有极强的扩展能力。目前存储卡的价格不断下跌，如果以后你需要增加容量，可以直接购买存储卡，其价格将比同容量的整体电子硬盘便宜许多。而且如果你以后购置数码相机或MP3播放器等设备，存储卡可以直接使用在上边，保护了你的投资。 目前市场上主要的闪存或者多媒体卡主要为：Compact Flash(CF) Type I/II、Micro Drive、Smart Media (SM)、Memory Stick(MS)、Memory Stick Pro(MS Pro)、Memory Stick Duo(MS Duo)、Secure Digital(SD)、mini SD 、Multi Media Card (MMC)、xD Picture Card以及NAND等众多格式。按照读取的闪存种类来分，读卡器又被分为单功能读卡器、多功能读卡器。l 单功能读卡器和多功能读卡器的诞生单功能读卡器一般只能读取一种类型的闪存卡，如CF读卡器只能读取CF闪存卡，SM读卡器只能读取SM闪存卡，MMC读卡器只能读MMC闪存卡等等，这类读卡器的价格较低，使用起来也挺方便的，如果手上只有一种类型的闪存卡，那么单功能读卡器则是比较节约却不错的选择。但是如果拥有了2个或以上使用不同闪存的数码设备呢？如果需要频繁交换CF 或者SM等类型的文件呢？这时候，或许就应该考虑配备一个多功能的读卡器了。那样就不需要接上太多的连接线，也不需要为各种不同的设备安装不同的驱动程序和图片/音频的传输应用软件。在数码照相机DC、数字录像机DV，MP3播放器以及家庭多媒体设备成扩散性普及的今天，由于制造商所使用的存储卡规格不同，使用户在进行数据保存、整理、导入或导出等过程变得复杂而麻烦，在这种情况下，多功能读卡器便应运而生了。多功能读卡器给我们提供了一个完整的解决方案，它的特点就是能通吃各种不同规格的存储卡，真正做到一卡在手，万事无忧。目前市场中的存储卡种类之多已经到了令人眼花缭乱的地步，我们所熟知的就包括Compact Flash（CF/卡），Smart Media（SM卡），Multi-Media Card（MMC卡），IBM的微型硬盘Micro Drive（MD），Secure Digital Card（SD卡）和SONY记忆棒（MemoryStick/Pro）这6个大的种类，再加上推出时间较短、格式较新的SONY MemoryStick Duo/MemoryStick Pro Duo以及Fujifilm和Olympus共同推出的xD-Picture Card等，存储卡的种类可多达十多种，如果每一款存储卡都使用单独的读卡器的话，那真是一件无法想象的事情。所以多功能读卡器的出现便成功架起了不同存储设备之间的桥梁，它为交换数据提供了更方便的解决办法，它的出现是十分有必要而且必须的。l 传输接口的进化当然，光有功能上的加强自然不能满足用户的需求，消费者对传输速度的要求也在日益提高。刚开始的时候曾出现过采用并口或串口的读卡器，不过由于这种产品接口速度过慢，而且安装不方便，已经基本被淘汰了，市场很快地就被后来的USB读卡器取代了。采用USB接口的读卡器拥有读写速度快，即插即用等优势，凡是用过USB设备的人都了解它的即插即用特性，当连接USB外设到PC机时，系统会自动检测到该设备并自动进行配置。这样就不再需要打开机 箱，不再需要设置DIP开关或中断号(IRQ)，也就是所谓“热插拔”技术。而且随着自供电设备的不断增多，设备甚至可以直接从USB接口获取电源，这样也就可以省去复杂的电源连线，这无疑都是USB很优秀的特点。USB 1.1接口的读卡器能达到12Mbps的传输率，而USB 2.0接口的传输率则能达到USB 1.1接口的40倍为480Mbps。但是随着存储卡技术的不断发展，当前最快的CF卡的读取速度已能达到56MB/s以上，此时原先的USB 1.1接口早已不能满足存储卡的速度要求，因此，在未来的日子里USB 2.0读卡器会逐步取代USB 1.1读卡器成为主流。 除了上述提到的读卡器接口之外，实际上还有PCMICA卡读卡器以及IEEE1394读卡器，前者主要被应用于笔记本电脑上，后者（IEEE1394）的理论传输率为400Mbps，相比之下要比USB 2.0的480Mbps要慢一些，但目前USB 2.0的实际传输率和理论传输率相差太远，所以IEEE1394接口在实际应用中要比USB2.0快，而且现在1394标准的已经出现“b”版本传输速度达到更快的3.2Gbps。可惜因为IEEE1394火线接口不像USB接口那样普及，限制了它目前的应用范围。l 多功能读卡器的未来趋势随着新格式存储卡的不断推出，多功能读卡器的功能也在进一步完善，支持目前所有存储卡格式的多功能读卡器也已经出现在市场之上。当然，除了在功能上的完善之外，传输速度的提升也是必然的事情，随着更多IEEE1394接口的产品出现，火线接口被广泛应用之后，我们不难想象，今后采用1394接口的多功能读卡器也会像现在的USB读卡器一样盛行。 只是，除了功能和速度上的进步以外，多功能读卡器的发展趋势就如此单一吗？当然不是。 “数码相机伴侣”就结合了多功能读卡器和移动硬盘于一身。 “数码相机伴侣”自带LCD屏幕和锂电池，我们可以在脱机的情况下进行资料的转换和保存，内置的移动硬盘为数码相机、摄像机、MP3等数码产品提供了巨大的（相对）存储空间。另外目前已经有产品在数码相机伴侣的基础上进行功能的叠加，一种是增加了播放MP3的功能，利用了原先内置移动硬盘的优势，使产品变成了MP3音乐库，其性质就像是在苹果的iPOD上增加了读卡器功能；另一种是在数码相机伴侣上整合了COMBO的功能，让它也变成了一台外置式的光存储设备，数码相机伴侣设备越来越整合化 。再来看下面一则消息：2003年12月22日，VIA威盛发布了最新的9in1 USB2.0闪存读卡器模块，型号为Vectro VT6205。Vectro VT6205将支持包括CompactFlash(CF) Type I/II、Micro Drive、SmartMedia (SM)、MemoryStick(MS)、MemoryStick Pro(MS Pro)、SecureDigital(SD)、MultiMediaCard (MMC)、xD PictureCard以及NAND等众多格式的存储卡，该模块可通过PCI扩展卡或者板上整合的方式投入使用。 威盛发布的这块USB2.0闪存读卡器模块的定位明显是针对整合式主板或者内置式读卡器而推出的，从本质上来讲，内置和外置读卡器是没有区别的，但内置读卡器在成本上却占据了很大的优势；另外，主板制造商也完全可以在主板上集成Vectro VT6205模块，再提供一个输入输出通道就能把读卡器功能直接整合到PC主机上去，也就是说，内置式或者主板整合式的多功能读卡器将会逐渐成为趋势。 多功能读卡器今后的发展方向归纳起来有以下3点： 1、提供更多的支持格式，在传输速度上进一步加强。 2、内置式读卡器会占据一定市场比例，但主流市场还是以外置式读卡器为主。 3、更多的All-in-one产品的出现，诸如“数码相机伴侣”的同类产品市场份额逐渐增多，因为他们和读卡器所针对的用户群有很大程度的交集。1.2基于USB接口的读卡器的设计目和意义如今的百万象素数码相机使用闪速闪存卡来存储它们的照片数据。一旦此内存卡被存满了数据，就需要把数据下载到一个PC主机来存储或进行操作。有许多数据要从一个相机下载，即使以115.2K速率运行在一个串行连接上，下载8张照片可能占用超过5分钟的时间。当更大的内存卡存储了更多的数据时，延迟变得使人更加沮丧。使用一个USB读卡器就提供了一个很好的方案。读卡器不仅仅能读而且还能进行写存储卡的操作，使得数据的迁移更容易、更快速。而且随着数码摄象机、MP3播放器、PDA、数字录音设备使用量的增加，卡式数据存储介质如PCMCIA、Compact Flash、SM、MMC、MS、SDRAM等等。使用也随之增多。已出现客户使用存储卡将数码照相机、摄象机拍摄的数字照片交给数码照片冲印点制作数码照片，和作为数据交换的介质，另外随着存储卡的容量越来越大，存储卡也被广泛运用到数据备份、存储上，这就使得各种“阅读”存储卡的读卡器成为了市场的宠儿。读卡器从接口上来看主要有：并口读卡器、串口读卡器材、USB读卡器、PCMICA卡读卡器和IEEE 1394读卡器。前两种读卡器由于接口速度慢或者安装不方便已经基本被淘汰了。USB读卡器是目前市场上最流行的读卡器，PCMICA卡读卡器最主要的被应用在笔记本电脑上，而IEEE 1394读卡器由于支持的接口还没有流行，应用还不太广泛。从客户端的观点来看，USB的优点是容易使用，具有快速与稳定的传输，低价位，省电，以及具有弹性。这个在第二章会有较详细的介绍。所以设计基于USB接口的读卡器有着非常实际的意义。第二章 USB技术的简单介绍每章另起一页，下同，不再赘述。2.1USB发展历程 USB是一个新接口，全称是Universal Serial Bus，新接口并不会常常出现，因为人们已经习惯于旧有的接口，对于新接口往往不会立即全盘接受。如果新接口是建立在旧接口的基础上，则不仅可节省开发的时间以及成本，而且用户也比较能够接受。 IBM PC 最早的设计，就是使用已经存在20年的并行端口（Centronics parallel port）与RS-232串行端口（serial port）.这不仅加速了原始PC设计的流程，并且允许已经在市场上出现的打印机与调制解调器可以立即连接到PC上。 不过随着计算机与外围设备的发展，并行端口与RS232串行端口反而成为通信的瓶颈，并且越来越严重。USB突破旧接口的限制，不仅具备快速的通信速度，而且其弹性令它可以取代各种外围设备所使用的接口。 在过去，一个新接口的开发通常都是单一公司的努力，例如HP（Hewlett Packard）开发了HPIB (HP Interface Bus,HP接口总线)，也称作GP IB(General Purpose Interface Bus ,通用接口总线)，来连接到实验室的仪器。现在打印机所使用的并行端口接口，则由Centronics 数据计算机公司（Centronics Data Computer Corporation ）开发，因此仍然称作Centronics接口。 由单一公司开发的接口，常会禁止其他公司来使用，或者是要求付费。即使此接口可以免费使用，基于与原开发公司是敌对的公司，或者对该公司可能修改接口而不作另行通知的考虑，使得许多公司不愿意使用单一公司开发的接口。 现在开发的接口，则通常由一群有共同利益的公司或组织所联合开发。例如IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers,电气和电子工程师学会)组织与TIA（Telecommunication Industry Association,电信工业协会）组织就开发与出版了许多规范。许多旧的制造业标准，都已经被这些组织所制定的新标准所取代。例如Centronics接口被IEEE-1248标准取代，而GPIB 则是IEEE-488的基础。这些组织除了将更改旧有的规范外，也制定新的规范。USB就是由7家公司所共同制定的标准。这7家公司为Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC .以及Philips.2.1.1规范的版本 USB规范的前身是ACCESS.bus规范，由Philips与数字设备公司（Digital Equipment Corporation ）所制定而成公开的标准。ACCESS.bus则是由12C synchronics serial bus 发展而来。 ACCESS.bus的设计是让键盘，只是设备以及其他设备在每秒100千位（kilobits）的速度下工作。ACCESS.bus可以支持125个设备，以及10米长的电缆。这些设备是插入式的，电缆则包括+5v电源线与接地线。 ACCESS.bus定义键盘，指示设备，监视器，显示控制以及文字设备的类别。与USB不同的是， ACCESS.bus使用开放收集器（open-collector）的驱动程序，包含一条数据线（data wire）与一条脉冲线（clock wire）。ACCESS.bus从未在pc上使用。不过仍然使用在智能式电池控制上。 delUSB规范的版本在变动该句的含义是什么？想表达什么意思？，如表1.1所示。版本发表日期说明0.991.0FDR1.01.12.0(draft 0.79)2.0(draft 0.9)2.01994年11月11日1994年12月30日1995年4月13日1995年8月25日1995年11月13日1996年1月15日1998年9月23日1999年10月5日1999年12月21日2000年4月27日覆盖0.6e修改第38，10，11章，新增附录修改所有章节修改所有章节修改第1，2，511章修改第511章修改所有章节修改第5，7，8，9，11章来增加高速修改所有章节来增加高速高速模式的版本如果这是表1.1，请编号。每个表格应有自己的表序和表题，表序和表题应写在表格上方正中，表序后空一格书写表题。表序、表题和表内内容采用五号宋体字。表序一律采用阿拉伯数字按第一层标题分别编号。如：表3-2等。若表中有附注，采用英文小写字母顺序编号。表格允许下页接写，表题可省略，表头应重复写，并在右上方写“续表”。表格与正文之间空一行。论文的表序应连续编号。表的结构应简洁，采用三（横）线表，必要时可加辅助线，不画竖线和斜线。表中各栏都应标注量和相应的单位。表内数字须上下对齐。相邻栏内的数字或者内容相同，不能用“同上”、“同左”、省略号和其它类似用词，应重新标注。表内“空白”代表未测或者无此项，“0”代表实测结果为零。经过多次版本更新后，USB1.0发表于1996年1月。USB1.1则修订了1.0版本的问题,并且新增一个新的传输类型(中断输出)。USB2.0在2000年4月发表，新增了高速模式。2000年12月的ECN（Engineering Change Notice）则提供了修正，定义了一个新的mini-B连接器。 在PC上最早提供USB支持的是Windows95的OEM Service Release 2,之后还有两个修订版：OSR 2.1与2.5。这些并不提供给消费者，而是直接卖给PC零售商。在这些版本上的USB，不但功能有限，而且有许多错误或故障，能够连接的外围设备也不多，限制了USB的应用。 从1998年7月的Windows 98开始，USB外围设备开始陆续出现，同时USB也成为最受欢迎的接口。Windows 98的service Pack与第二版，更增强对USB的支持。Windows 98的最初版本叫做Windows 98 Gold ,第二版则是叫做Windows 98 SE(Second Edition)。2.1.2USB2.0编号与标题之间空1格。下同，不再赘述。 USB1.1是目前较为普遍的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。注意：这里的b是Bit的意思，1MB/s（兆字节/秒）=8Mb/s（兆位/秒），12Mbps=1.5MB/s。 USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的。加入许多高速传输的特性支持，它的传输速率达到了40倍的传输速度（480Mbps），折算为MB为60MB/s，足以满足大多数外设的速率要求。USB 2.0中的“增强主机控制器接口”（EHCI）定义了一个与USB 1.1相兼容的架构。它可以用USB 2.0的驱动程序驱动USB 1.1设备。也就是说，所有支持USB 1.1的设备都可以直接在USB 2.0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。但是当USB2.0的设备接入到USB1.1的Hub上时，会出现问题。通常在USB的标识上可以区分USB1.1和USB2.0的产品，两个图标均来自于USB促进组。如下图所示，请注意USB2.0的标识增加了红颜色的“Hi-SPEED”的字样，所以“Hi-SPEED”是USB2.0另一个名字。USB2.0标识USB1.1标识deldel2.1.3IEEE1394 除了USB接口之外，另外一个新的外围设备接口是IEEE“-”下同，不再赘述。1394。在Apple的计算机上，IEEE1394接口称做火线（Firewire）。 IEEE1394比USB快速而且更有弹性，不过其价钱则较贵。USB适合使用在键盘，扫描仪，硬盘，以及打印机等中低速度与价位的应用上。而IEEE1394则适合使用在需要高速的影像或是连接设备，或是没有PC主机的场合。 对许多设备来说，IEEE1394与USB都适合。在使用USB的场合，一台主机可以控制与许多外围设备的通信。所有的复杂性都由主机来控制，外围设备的电路则相对简单且便宜。 IEEE1394则是使用点队点（peer to peer）的模式，外围设备可以彼此沟通。单一的传输，可以同时传给多个接收设备。所以IEEE1394比USB有弹性，不过相对的外围设备的电路则较复杂且昂贵。 USB1.x的传输速度是12 Mbps，USB2.0的传输速度可以到480 Mbps。IEEE1394的传输速度是400 Mbps，IEEE1394.b的传输速度则可以到3.2Gbps,比USB2.0的速度快了6倍。2.2USB的优点使用者的获益Del2.2.1易于使用易于使用是USB的主要设计目标,Dell 一个接口适合多种设备:不需要为每个外设准备不同的接口和协议,一个接口就能满足多种外设l 自动配置:当用户连接USB外设到一个正在运行的系统时,Windows能自动检测外设,载入合适的软件驱动.外设第一次连接到系统时,Windows可能提示用户插入驱动软件磁盘,但是除了这个以外安装都是自动的.不需要定位并运行安装程序或在使用外设时要重启系统.l 不需要用户设定:USB外设没有需要用户选择的设置,例如端口地址和中断请求(Interrupt ReQuest,IRQ)线.PC上可供使用的IRQ线是很少的,不能给新外设分配一根IRQ,这是经常使用USB的原因.l 为其他设备空出硬件资源:让尽可能多的外设使用USB,可使IRQ线空闲出来工那些必须使用IRQ的外设使用.对比之下,每个非USB外设都要求有断口地址,通常还要一根IRQ线,有时还要一个扩展槽(例如并行端口卡)l 易于连接.有了USB, 你不需要再打开计算机的机箱去为每一个外设增加扩展卡.一个普通的PC有两个USB端口.你可以通过连接USB集线器到一个已有的端口来增加端口的数量.每个集线器都有其他的端口来连接更多的外设或集线器.l 简易电缆.USB电缆接口是很关键的,因此你不能插错,电缆可达5m,有了集线器,连接可以扩展到30m.l 热插拔.你可以在任何时候连接和断开外设,而不管系统和外设是否开机,都不会损坏PC或外设.当外设被连接是,操作系统会检测到并准备使用.l 不须提供电源(有时).USB接口自带了电源供给和地线,可以从计算机或集线器的电源引来+5v的电源供应.一个外设如果需要中等电源供应(最多500mA),则它完全可以从总线得到它的电源而不需要自己提供电源.相比之下,大部分使用其他接口的外设将不得不选择要么在设备中自带电源供应,要么使用一个散装的,不方便的外置电源.2.2.2速度快一个全速的USB 接口可以以12Mb/s的速度进行通信.实际数据传输速率比这个数值要低一些,因为总线必须携带状态,控制和错误检测信号以及数据,因为所有外设多共用总线.当只有一个设备通信时,最大理论数据传输速率可达9.6 Mb/s或1.2Mb/s.如果这还不够快,USB2.0版规范将允许以480Mb/s传输数据.这使得USB对打印机和其他需要快速传递大容量数据的外设更具吸引力.USB也支持1.5Mb/s的低速.低速外设通常很便宜.而且,他们的电缆可以更灵活(如鼠标),因为电缆不需要屏蔽.USB的3种传输速度及其应用领域的比较如下表：性能应用属性低速：交互设备10Kb/s100Kb/s键盘，鼠标，游戏机，虚拟环境低价，容易使用，动态连接或移除，可接多个外围设备全速：电话，音频，影像压缩500Kb/s10Mb/sPOTS,广播，音频，麦克风低价，容易使用，动态连接或移除，可接多个外围设备，保证带宽高速：影像，储存设备25Mb/s400Mb/s影像，储存低价，容易使用，动态连接或移除，可接多个外围设备，高带宽表格编号，表内文字5号2.2.3可靠性 USB的可靠性来自于硬件设计和数据传输协议两方面.USB驱动器,接收器和电缆的硬件规范消除大多数的可能引起数据错误的噪声.此外,USB协议使用了数据错误的检测并能通知发送者,因此它可以重新发送.检测,通知和再发送都由硬件来完成,不需要任何程序.标点符号不对，有抄袭嫌疑，呵呵呵。2.2.4低成本 虽然USB比以前的接口更复杂,但它的组件和电缆并不贵,带有USB接口的设备与带有相同功能的老接口的设备所需的费用差不多是相同或更少一些.对成本非常低的外设来说,低速选择也降低了对硬件的要求,这将导致将来更新时成本增加.2.2.5低功耗当USB外设不被使用时省电路和代码会自动关闭它的电源,但仍然能够在需要的时候做出反应.除了具有降低电源消耗带来的保护环境的好处之外,这个特征对于利用电池的,以mA计的计算机尤其有用.2.2.6操作系统的支持.Windows 98 是第一个支持USB的操作系统,其后是Windows 2000.在Apple的iMac计算机上,USB是唯一的外围设备连接器 .其他操作系统例如Linux,NetBSD,以及FreeBSD等也都支持USB. 每个操作系统支持USB的程度各有不同,不过基本上都支持下列3项底层的功能:l 与新连接的设备沟通来确认交换数据的方式.l 自动检测设备是否连接到系统上或是已经移除.l 提供驱动程序与USB硬件以及应用程序沟通的机制.在高级的支持上,操作系统可能提供有设备的驱动程序,来让用用程序调用存取设备的函数.如果操作系统没有提供适当的驱动程序,制造商就必须自己提供.在Windows上已经有键盘,鼠标,遥控杆,音响设备,调制解调器,数码相机,扫描议,打印机以及大容量的硬盘等设备的驱动程序的提供,应用程序可以使用Windows的API,来与这些设备沟通.以后Windows还会加入更多设备的支持.制造商也会提供自己的驱动程序,来让设计者使用他们的芯片.USB的设备驱动程序使用新的Win32 Driver Model(WDM),WDM定义驱动程序在Windows 98, Windows 2000,以及Windows XP上执行的结构.WDM让开发者使用单一驱动程序来支持所有的操作系统.不过实际上,有些设备仍然需要两个WDM驱动程序,一个在Windows 98上执行,另外一个在Windows 2000上执行.2.2.7外围设备的支持.在USB外围设备内,必须有包含控制芯片.有些是完整的微型计算机,包含有CPU与内存来储存特定程序代码,在外围设备内执行.有些则只执行USB特定的功能,然后使用数据信道来连接到处理非USB相关功能的微处理器.USB外围设备必须对输入的要求做出响应,来传送或是接收数据.在有些芯片上,控制函数硬件烧入硬件内,不需要另外设计程序.大部分的USB控制器都是建立在Intel的8051结构上,然后用新增电路与机器码来支持USB。许多USB外围设备制造商都提供芯片的范例程序代码,让开发者可以快速应用.2.2.8有弹性USB的四种传输类型(控制,中断,批量与实时)与3种传输速度(低速,全速,高速),让外围设备可以有弹性的选择.不管是交换少量还是大量的数据,还是有无时效的限制,都有适合的传输类型.在操作系统,驱动程序,以及应用程序上如果数据不能够有延迟,USB会尽其可能来达到真实的传输时间.USB 并没有指定信号的处理例程,也不会假设接口如何使用,这是与其他接口不同之处,例如PC的并行端口的状态与控制线,被定义为用来与线性打印机通信.并行端口上一样5条输入线用来指定处理忙中或是缺纸等函数.如果使用需要传送大量数据到PC的外围设备,力图扫描仪,只有5条输入线会变成一个瓶颈.最终并行端口的接口,需要扩张到8位的输入.USB并没有这种假设,它适用于任何类型的设备.一般常用的设备,例如打印机与调制解调器,USB都有定义所谓的类别与协议,来节省设计者的开发时间.2.2.9USB实施者论坛 USB实施者论坛（USB Implementers Forum,Inc.,USB-IF）在其网站上，提供许多USB说明文件(包括USB的规范)，以及测试工具程序。此论坛是由开发USB规范的公司所成立的非营利公司。其目的就是让USB的技术，能够得到增进与推广。 在此论坛上，提供了USB的信息、工具程序以及测试程序。USB的信息包含有规范文件、论文、问答集以及讨论区等。工具程序包含开发与测试产品的软件和硬件。2.3 USB的缺点2.3.1缺乏对旧硬件的支持 旧的计算机