Распиновка USB: подробное руководство для начинающих

В наши дни легко завершить проекты, связанные с созданием физического соединения между хост-контроллером и несколькими другими шинными устройствами, благодаря USB интерфейсу.

USB означает Universal Serial Bus (универсальная последовательная шина) и с тех пор заменил своих предшественников (FireWire, RS-232 последовательный и даже параллельный) как основной интерфейс для подключения хоста к устройству.

Обычно архитектура USB системы включает хост-контроллер, USB порты и широкое множество устройств. Также есть случаи, когда вы можете добавить дополнительные USB сетевые хабы для создания древовидной структуры соединений.

Однако это лишь вершина айсберга.

Так что в этой статье мы объясним всё о USB и дадим разные USB примеры для ваших схем.

Давайте начнём!

Распиновка USB

USB имеет четыре экранированных провода, которые работают как пины. Два из этих проводов для питания, в то время как другие два для дифференциальных пар сигналов данных. Посмотрите таблицу ниже для полной распиновки USB.

Пин	Имя	Цвет провода	Описание
1	VCC	Красный	+5 В DC пин питания
2	D-	Белый	Data- пин
3	D+	Зелёный	USB кабель данных Data+
4	GND цифровая земля	Чёрный	Пин земли

Как работает USB?

Как и все коннекторы, все типы USB коннекторов имеют мужские и женские типы, убеждаясь, что вы подключаете ваши устройства в правильном направлении.

Важно сделать правильные USB соединения, чтобы позволить системе следовать требуемому USB протоколу. Так, для установления соединения, USB удалённые устройства имеют то, что мы называем восходящим соединением (upstream connection). Эти удалённые устройства используют это восходящее соединение для подключения к хосту.

Теперь хосты также имеют нисходящие соединения (downstream connections), позволяющие им подключаться к удалённым устройствам.

Кроме того, вы не можете использовать восходящие и нисходящие соединения взаимозаменяемо. Это помогает вам избежать ошибочных подключений и гарантирует, что вы подключаете USB кабель только в правильном направлении.

Это также помогает вам избежать нескольких проблем, таких как нелегальные замыкающие соединения (loopback) и подключение нисходящего порта к другому нисходящему порту.

Как это действительно работает

Во-первых, USB устройство покажет свою максимальную скорость, используя подтягивающие резисторы (pull-up resistors) для притяжения терминалов «D+» и «D-» к 3,3 В. Теперь хост или хаб также будут использовать эти подтягивающие резисторы для обнаружения, когда вы подключаете составное устройство к его порту. Таким образом, без подтягивающего резистора USB не обнаружит ваше подключённое устройство или если у вас сломанное устройство или сломанный коннектор.

Так, когда вы подключаете внешнее устройство в первый раз, хост-устройство сканирует его и загружает правильную версию драйвера, необходимую для запуска устройства. Для этого хост использует ID продукта/ID вендора (PID/VID) — который поставляет подключённое оборудование или устройство. Как только хост завершает загрузку необходимых драйверов устройств, оборудование/устройство будет готово к использованию.

Примечание: USB хост-контроллеры имеют свои спецификации. У нас есть Universal Host Controller Interface (UHCI), который работает для всех типов USB, Open Host Controller Interface (OHCI), который работает с USB 1.1, и Enhanced Host Controller Interface (EHCI), который работает с USB 2.0.

Типы USB коннекторов

Изначально USB кабель мог быть только одним из двух типов, и эти два типа включали «Type A» и «Type B». Послеward мы получили USB Type C, который превозмог лучшей скоростью передачи данных с более надёжной системой.

Посмотрите таблицу ниже для полного обзора разных типов USB.

Распиновка Type-A USB коннектора

Type-A USB — самый популярный тип USB коннектора. Плюс, вы можете найти их на хост-контроллерах, компьютерах, флеш-накопителях и нескольких других предметах. Также вы можете сделать только нисходящие соединения с Type-A USB, так как его единственное использование — для контроллеров и хабов.

Type-A USB коннекторы больше других коннекторов и имеют плоские и прямоугольные формы. Плюс, трение держит этот коннектор на месте, делая лёгким подключение и отключение. Однако использование его в областях, где ваше оборудование может вибрировать, не отличная идея.

Type-A USB имеет две версии: мужскую и женскую. Мужская версия — это вилка, в то время как женская версия — это то, что мы знаем как гнездо или порт.

Женские версии коннекторов — это то, что мы находим на хост-контроллерах, в то время как мужские версии коннекторов обычно на устройствах, как флеш-накопители, клавиатуры, мыши и другие соединения к устройствам хранения.

Применения

• Работает в большинстве персональных компьютеров.
• Также работает в телевизорах и музыкальных системах.
• Вы также можете найти их на игровых консолях и почти всех зарядках для мобильных портативных устройств.

Распиновка Type-A USB

Старые версии Type-A коннектора имеют четыре пина, в то время как новые версии имеют девять пинов. Вот таблица, показывающая все пины Type-A коннектора.

Примечание: все поколения Type-A USB коннектора имеют пины 1-4, в то время как третье поколение коннекторов имеют пины 5-9.

USB-B Распиновка

USB-B — второй тип коннектора, который в основном работает для подключения периферии, как принтеры и сканеры. Плюс, их распиновки имеют другое расположение.

Он имеет почти квадратную форму с лёгким фаском на верхних углах коннектора. Также он использует трение, чтобы оставаться на месте при подключении.

Type-B USB порт — это восходящий коннектор, который вы можете найти только на периферийных устройствах. Таким образом, большинство Type-B USB применений требуют A-to-B USB кабели.

Вот интересный факт:

Type-B USB исключил возможность создания соединения между двумя хост-компьютерами. Таким образом, помогая предотвратить повреждения.

Применения

Этот коннектор в основном работает для периферии, как принтеры и сканеры.

Распиновка

Как Type-A USB, старые версии Type-B имеют четыре пина, в то время как новые версии 3.0 имеют девять пинов. Вот таблица, показывающая все пины:

Также есть второй тип Type-B коннектора, у которого два дополнительных пина:

Пин	Имя	Цвет	Описание
10	DPWR	N/A	Питание к устройству
11	DGND	N/A	Земля возврата DPWR

USB-C Коннектор

USB Type-C — это USB спецификация, которая медленно заменяет USB-B. Это крошечный 24-пиновый реверсивный штекер, который работает для USB кабелей и устройств.

Type-C USB могут служить коннекторами для хостов и устройств. Плюс, вы можете найти Type-C USB в большинстве недавних мобильных устройств.

Распиновка USB-C коннектора

Type-C USB имеет 24 пина, которые вы можете подключать реверсивно. Вот таблица, показывающая полный список пинов:

Распиновка Micro USB

Меньший коннектор стал необходим, так как технология требовала меньших размеров USB для многих предметов, как современные мобильные телефоны и аудио устройства. Таким образом, родился USB микроконтроллер.

Micro USB имеет обе версии Type-A и Type-B USB, как 1.0 micro-USB и 2.0 micro-USB. Однако эти версии меньше, и вы можете использовать их для гораздо более тонких линий оборудования.

Кроме того, micro USB — это USB стандарт и предлагает лучшие скорости передачи от внешнего источника.

Распиновки

Стандартные старые micro USB коннекторы имеют пять пинов, в то время как менее распространённая версия 3.0 имеет десять пинов. Вот таблица, показывающая пины micro USB коннектора:

Четвёртый режим пина — это то, что мы называем USB On-The-Go (OTG). Он позволяет переключаться между периферийными и хост-ролями на ваших устройствах. Это также то, что позволяет устройствам решать, какое будет действовать как источник питания после подключения. Например, подключение Android телефона к ноутбуку. Ноутбук будет заряжать телефон, если у вас кабель только для зарядки, а не телефон заряжает ноутбук.

Подведение итогов

Стоит упомянуть, что иногда возможно использовать USB A к USB A кабели для установления соединений между компьютером или USB устройством к другому USB устройству с A-стиль женским портом. Так вы можете передавать данные между обеими системами.

Однако вы не должны использовать тип A к A кабель соединение для создания соединений между двумя компьютерами или USB хабом и двумя компьютерами. Почему? Ну, создание такого соединения означало бы, что кабель получил бы равные количества напряжения (5В) от обоих компьютеров. Таким образом, соединяя оба источника питания и вызывая неисправимый ущерб и другие проблемы. Иногда это может даже вызвать опасность пожара.

Ну, это подводит к концу этой статьи. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас есть вопросы, и мы будем рады помочь.