STM32单片机USB通信：连接外部设备，传输数据

# 1. STM32单片机USB通信概述

USB（通用串行总线）是一种广泛应用于电子设备之间数据传输的串行通信协议。STM32单片机集成了USB外设，支持USB通信功能，使其能够与外部设备进行数据交换。

本章将概述STM32单片机的USB通信功能，包括USB通信协议、STM32单片机USB外设以及USB通信的应用场景。通过本章的学习，读者将对STM32单片机USB通信有一个初步的了解，为后续深入学习奠定基础。

# 2. STM32单片机USB通信理论基础

### 2.1 USB通信协议

#### 2.1.1 USB总线结构

USB总线采用分层星形拓扑结构，由一个根集线器（Root Hub）和多个集线器（Hub）组成，形成一个树状结构。设备通过集线器连接到根集线器，从而形成一个多级总线结构。

#### 2.1.2 USB传输模式

USB总线支持四种传输模式：

- **控制传输（Control Transfer）：**用于设备初始化、配置和状态获取。
- **批量传输（Bulk Transfer）：**用于大数据块传输，提供较高的吞吐量。
- **中断传输（Interrupt Transfer）：**用于实时数据传输，提供低延迟。
- **等时传输（Isochronous Transfer）：**用于传输时间敏感数据，如音频和视频。

### 2.2 STM32单片机USB外设

#### 2.2.1 USB外设寄存器

STM32单片机集成了USB外设，提供了一系列寄存器用于配置和控制USB通信。这些寄存器主要分为以下几类：

- **控制寄存器：**用于配置USB外设的基本功能，如USB模式、速度和时钟。
- **端点寄存器：**用于配置和管理USB端点，包括端点类型、最大数据包大小和传输类型。
- **FIFO寄存器：**用于存储数据和控制数据流。
- **中断寄存器：**用于处理USB事件和中断。

#### 2.2.2 USB中断处理

USB外设支持多种中断，用于通知CPU发生特定事件。这些中断包括：

- **USB中断：**当USB总线上发生事件时触发，如设备连接或断开。
- **端点中断：**当端点发生事件时触发，如数据传输完成或错误。
- **FIFO中断：**当FIFO缓冲区已满或已空时触发。

中断处理程序负责处理这些中断，并执行相应的操作。

# 3.1 USB设备驱动开发

#### 3.1.1 USB设备描述符

USB设备描述符是描述USB设备信息的数据结构，它包含了设备的厂商ID、产品ID、序列号、配置信息等。设备描述符是设备连接到主机后，主机首先读取到的信息，它决定了主机如何识别和配置设备。

USB设备描述符的结构如下：

typedef struct {
  uint8_t bLength;             // 描述符长度
  uint8_t bDescriptorType;      // 描述符类型（设备描述符）
  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;     // 端点0的最大包大小
  uint16_t idVendor;           // 厂商ID
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