STC单片机 USB通信：连接外部世界，拓展单片机应用，打造智能物联网设备

# 1. STC单片机USB通信概述**

USB（通用串行总线）通信是一种广泛应用于电子设备之间数据传输的标准接口。STC单片机集成了USB接口，支持与外设设备进行USB通信。本节将概述STC单片机USB通信的基本概念和特点。

STC单片机USB通信主要用于连接外设设备，例如键盘、鼠标、打印机和存储设备。通过USB接口，STC单片机可以与这些设备交换数据，实现控制和数据传输功能。USB通信具有传输速度快、功耗低、易于使用等优点，使其成为嵌入式系统中广泛采用的通信方式。

# 2. USB通信理论基础

### 2.1 USB协议简介

#### 2.1.1 USB协议层级

USB协议采用分层结构，每一层负责特定的功能。从底层到高层，协议层级依次为：

- 物理层：定义了USB设备的物理连接方式、信号传输方式和数据传输速率。
- 数据链路层：负责数据帧的封装、传输和错误检测。
- 传输层：负责数据包的传输、流量控制和错误恢复。
- 应用层：定义了不同类型的USB设备和应用程序之间的通信协议。

#### 2.1.2 USB传输类型

USB协议支持四种传输类型，每种类型都有不同的数据传输特性：

- 控制传输：用于设备初始化、配置和状态查询。
- 中断传输：用于实时数据传输，具有较高的优先级。
- 批量传输：用于大数据块的传输，具有较高的吞吐量。
- 同步传输：用于等时数据传输，保证数据传输的实时性和准确性。

### 2.2 USB设备描述符

USB设备描述符是一组数据结构，用于描述USB设备的特性和功能。主要包括：

#### 2.2.1 设备描述符

设备描述符包含了USB设备的基本信息，如：

- 设备类型：指定设备的类型，如复合设备、接口设备等。
- 设备子类：指定设备的具体子类，如打印机、存储设备等。
- 设备协议版本：指定设备支持的USB协议版本。
- 厂商ID：指定设备的制造商。
- 产品ID：指定设备的具体型号。

#### 2.2.2 配置描述符

配置描述符描述了USB设备的配置信息，包括：

- 配置值：指定设备的配置编号。
- 总功耗：指定设备在该配置下的最大功耗。
- 接口数量：指定设备在该配置下支持的接口数量。

#### 2.2.3 接口描述符

接口描述符描述了USB设备的每个接口信息，包括：

- 接口编号：指定接口的编号。
- 接口类：指定接口的类型，如通信接口、人机接口等。
- 接口子类：指定接口的具体子类，如虚拟串口、键盘等。
- 接口协议：指定接口支持的通信协议，如CDC、HID等。
- 端点数量：指定接口支持的端点数量。

**代码块：**

// 设备描述符
struct USB_DeviceDescriptor {
    uint8_t bLength;             // 描述符长度
    uint8_t bDescriptorType;      // 描述符类型
    uint16_t bcdUSB;             // USB版本号
    uint8_t bDeviceClass;         // 设备类
    uint8_t bDeviceSubClass;      // 设备子类
    uint8_t bDeviceProtocol;      // 设备协议
    uint8_t bMaxPacketSize0;      // 最大数据包大小
    uint16_t idVendor;            // 厂商ID
    uint16_t idProduct;           // 产品ID
    uint16_t bcdDevice;           // 设备版本号
    uint8_t iManufacturer;        // 制造商字符串描述符索引
    uint8_t iProduct;             // 产品字符串描述符索引
    uint8_t iSerialNumber;        // 序列号字符串描述符索引
    uint8_t bNumConfigurations;   // 配置数量
};

// 配置描述符
struct USB_ConfigurationDescriptor {
    uint8_t bLength;             // 描述符长度
    uint8_t bDescriptorType;      // 描述符类型
    uint16_t wTotalLength;        // 配置描述符总长度
    uint8_t bNumInterfaces;       // 接口数量
    uint8_t bConfigurationValue;  // 配置值
    uint8_t iConfiguration;       // 配置字符串描述符索引
    uint8_t bmAttributes;         // 配置属性
    uint8_t bMaxPower;            // 最大功耗
};

// 接口描述符
struct USB_InterfaceDescriptor {
    uint8_t bLength;             // 描述符长度
    uint8_t bDescriptorType;      // 描述符类型