STM32 USB通信实战指南：掌握USB通信的原理与应用

# 1. USB通信基础

USB（通用串行总线）是一种广泛使用的通信协议，用于连接计算机和外围设备。它以其高带宽、低成本和易用性而闻名。本节将介绍USB通信的基础知识，包括其历史、体系结构和工作原理。

### 1.1 USB的历史

USB协议于1996年由英特尔、微软、康柏等公司联合开发。其目的是取代当时流行的串行和并行端口，提供一种更通用、更高速的连接方式。USB 1.0规范于1996年发布，传输速率为12Mbps。此后，USB协议不断更新，USB 2.0、USB 3.0和USB 3.1等版本相继发布，传输速率分别达到480Mbps、5Gbps和10Gbps。

# 2. STM32 USB通信编程

### 2.1 USB通信的硬件基础

**USB接口类型**

USB接口类型主要分为以下几种：

| 接口类型 | 描述 |
|---|---|
| Type-A | 标准USB接口，用于连接主机设备 |
| Type-B | 标准USB接口，用于连接外围设备 |
| Mini-USB | 小型USB接口，常用于移动设备 |
| Micro-USB | 更小型的USB接口，广泛用于智能手机和平板电脑 |
| USB-C | 最新型的USB接口，支持正反插和高速传输 |

**USB数据线**

USB数据线由四根导线组成：

| 导线颜色 | 功能 |
|---|---|
| 红色 | 电源线（+5V） |
| 黑色 | 地线（GND） |
| 绿色 | 数据线（D+） |
| 白色 | 数据线（D-） |

### 2.2 USB通信的软件协议

**USB协议栈**

USB通信遵循USB协议栈，包括以下层：

| 层级 | 描述 |
|---|---|
| 应用层 | 提供应用程序与USB设备之间的接口 |
| 传输层 | 负责数据包的传输和接收 |
| 物理层 | 定义电气和物理特性 |

**USB端点**

USB端点是USB设备与主机之间通信的通道，分为以下类型：

| 端点类型 | 描述 |
|---|---|
| 控制端点 | 用于设备枚举和配置 |
| 批量端点 | 用于传输大块数据 |
| 中断端点 | 用于传输少量数据 |
| 同步端点 | 用于实时数据传输 |

### 2.3 STM32 USB库的介绍和使用

**STM32 USB库**

STM32 USB库是STMicroelectronics提供的软件库，用于简化STM32微控制器上的USB通信开发。

**库结构**

STM32 USB库主要包括以下模块：

| 模块 | 描述 |
|---|---|
| USB核心库 | 提供USB协议栈和设备驱动程序 |
| USB应用库 | 提供USB设备的应用示例 |
| USB中间件库 | 提供USB设备的中间件组件 |

**库使用**

使用STM32 USB库需要以下步骤：

1. **配置USB外设：**在微控制器中配置USB外设，包括时钟、引脚和中断。
2. **初始化USB库：**调用USB库的初始化函数，初始化USB协议栈和设备驱动程序。
3. **创建端点：**创建USB端点，指定端点类型、传输方向和缓冲区大小。
4. **注册回调函数：**注册回调函数，在数据传输和接收时触发。
5. **启动USB通信：**调用USB库的启动函数，开始USB通信。

/* 初始化USB外设 */
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USB, ENABLE);

/* 初始化USB库 */
USB_Init();

/* 创建批量端点 */
USB_EP_Init(USB_EP_REG_01, USB_EP_TYPE_BULK, USB_EP_DIR_OUT, 6