CN104778140A - 星状架构的usb自动识别导通系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星状架构的USB自动识别导通系统及其方法，星状架构的USB自动识别导通系统包括中央控制单元、中间线路、主机连接埠、从机连接埠和USBOTG连接埠，所述中间线路用于连接主机连接埠、从机连接埠和USBOTG连接埠，所述中央控制单元用于控制主机连接埠、从机连接埠和USBOTG连接埠之间的联通。实现三种不同USB性质的设备自动识别和导通，避免通过不断更换数据线来实现三种不同USB性质的设备的数据交换。

Description

星状架构的USB自动识别导通系统及其方法

技术领域

本发明涉及基于USB的信息交换技术，具体地说，涉及一种星状架构的USB自动识别导通系统及其方法。

背景技术

市场上智能手机与手持式平板电脑的大量普及 , 此二种设备的USB OTG（OTG是On-the-Go的缩写，2001年由USB Implementers Forum公布，主要应用于各种不同设备或移动设备间的联接，进行数据交换）连接埠功能的完全开放，使得手机或是平板电脑去连接 从机设备如USB鼠标、USB键盘、USB声卡和U 盘等的需求变得强烈。

现有 USB 数据线或是通讯设备基本上都是解决主机 、从机和USB OTG设备中二种不同 USB性质设备的连接来进行数据通信或电能传输。

如个人电脑或笔记本电脑要连接单一从机设备，例如USB鼠标、USB键盘或U盘, 就需要一条传统的USB传输线去传输数据和电能，若要连接多个从机设备则需要传统的数据线或是USB集线器。

当具有 USB OTG性质的设备，譬如智能手机或平板电脑要与从机设备连接做数据通信时，就需要用专用的USB OTG传输线做电源传输及数据通信。

如果要对主机、从机和USB OTG三种不同性质的USB设备进行数据存储或交换，一般来说要至少二种数据线来完成，对于使用者来说，携带两种数据线显得麻烦，倘若三者需要数据交换，则过程显得繁琐。

发明内容

鉴于背景技术内容中提及的不足，本发明提供一种星状架构的USB自动识别导通系统，通过该系统，三种不同USB性质的设备可自动识别和导通，避免通过不断更换数据线来实现三种不同USB性质的设备的数据交换。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

星状架构的USB自动识别导通系统，包括中央控制单元、中间线路、主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠，所述中间线路用于连接主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠，所述中央控制单元用于控制主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠之间的联通。

本发明的另一实施例中，所述中间线路包括电源电路模块、数据通信模块和OTG自保持电路模块，所述电源电路模块用于主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠之间的电路连接，所述OTG自保持电路分别与中央控制单元和USB OTG连接埠连接，用于在主机连接埠未接主机时，使USB OTG连接埠外接的OTG设备为中央控制单元供电，所述数据通信模块用于主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠之间的通信。

本发明的另一实施例中，所述主机连接埠设有主机电源引脚和主机数据引脚，所述从机连接埠设有从机电源引脚和从机数据引脚，所述USB OTG连接埠设有OTG电源引脚、OTG数据引脚和OTG ID引脚。

本发明的另一实施例中，所述OTG自保持电路中设有第一二极管、第二二极管、电容、运算放大器和Mos晶体管，所述Mos晶体管设有源极、栅极和漏极，所述运算放大器设有同相输入端、反相输入端、正电源端、负电源端和输出端，所述Mos晶体管的源极接地，栅极连接所述运算放大器的输出端，漏极连接OTG ID引脚，所述运算放大器的负电源端接地，运算放大器的反相输入端连接恒定的参考电压，所述第一二极管的阳极连接OTG电源引脚，所述第一二极管的阴极连接第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极与OTG ID引脚连接，所述运算放大器的正电源端和同相输入端均与第二二极管的阴极连接，所述电容一端接地，另一端与第二二极管的阴极连接。

本发明的另一实施例中，所述数据通信模块中设有第一数据模拟开关、第二数据模拟开关、第三数据模拟开关和OTG数据侦测器，所述OTG数据侦测器用于检测OTG数据引脚的状态，并将检测结果反馈至中央控制单元，所述第一数据模拟开关串接在主机数据引脚和OTG数据引脚之间，所述第二数据模拟开关串接在OTG数据引脚和从机数据引脚之间，所述第三数据模拟开关串接在主机数据引脚和从机数据引脚之间，所述第一数据模拟开关、第二数据模拟开关和第三数据模拟开关由中央控制单元驱动控制。

本发明的另一实施例中，所述电源电路模块中设有第一电源开关和第二电源开关，所述第一电源开关串接在主机电源引脚和OTG电源引脚之间，所述第二电源开关串接在OTG电源引脚和从机电源引脚之间，所述第一电源开关和第二电源开关由中央控制单元驱动控制。

本发明的另一实施例中，所述从机连接埠设有若干个，该若干个从机连接埠集成在一起。

本发明还提供一种星状架构的USB自动识别导通方法，包括以下步骤：

a. 主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠中接入相应的设备；

b. 外接的设备给中央控制单元供电，中央控制单元检测主机连接埠连接主机设备及USB OTG连接埠连接OTG设备的情况，导通主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠中的两种。

在步骤b中，外接的主机设备直接为中央控制单元供电，外接的OTG设备在主机模式下，通过OTG自保持电路模块为中央控制单元供电；中央控制单元根据监测的主机连接埠的主机电源引脚的电位、USB OTG连接埠的OTG ID引脚的电位及OTG数据引脚的状态，判断主机连接埠外接主机设备和USB OTG连接埠连接OTG设备的情况，控制电源电路模块和数据通信模块导通主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠中的两种；如中央控制单元判断主机连接埠外接主机设备，USB OTG连接埠连接OTG设备，则中央控制器使主机连接埠和USB OTG连接埠联通；如中央控制单元判断主机连接埠外接主机设备，USB OTG连接埠未连接OTG设备，则中央控制器使主机连接埠和从机连接埠联通；如主机连接埠未连接主机设备，USB OTG连接埠连接OTG设备，OTG设备通过OTG自保持电路切换至主机模式，由OTG设备为中央控制器供电，中央控制器判断主机连接埠未外接主机设备，USB OTG连接埠连接OTG设备，使USB OTG连接埠和从机连接埠联通。

本发明公开了的星状架构的USB自动识别导通系统及其方法，支持三种不同性质的USB设备之间的数据交换，简化了三种不同性质的USB设备之间的数据交换的过程；从机连接埠通过集成，可同时支持主机设备或OTG设备与多个从机设备的数据交换。

附图说明

   图1为本发明星状架构的USB自动识别导通系统的框架结构示意图；

   图2为本发明中数据通信模块的结构示意图；

   图3为本发明中电源电路模块的结构示意图；

图4为本发明星状架构的USB自动识别导通系统的结构示意图；

图5为本发明中OTG自保持电路的结构示意图。

具体实施方式

星状架构的USB自动识别导通系统，包括中央控制单元、中间线路、主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠，主机连接埠用于外接主机设备，从机连接埠用于外接从机设备，USB OTG连接埠用于外接OTG设备，所述中间线路用于连接主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠，所述中央控制单元用于控制主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠之间的联通，从而实现外接在星状架构的USB自动识别导通系统的主机设备、从机设备和OTG设备之间的数据交换。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，下面结合附图对本发明的内容进行说明。

如图1和图4所示，星状架构的USB自动识别导通系统，包括主机连接埠2、从机连接埠3、USB OTG连接埠1、中间线路和中央控制单元4，所述中间线路包括OTG自保持电路模块5、数据通信模块6和电源电路模块7，所述中央控制单元包括识别侦测模块和驱动控制模块，所述识别侦测模块用于状态的侦测，驱动控制模块用于数据通信模块6和电源电路模块7的控制。

主机连接埠2用于连接主机设备，从机连接埠3用于连接从机设备，USB OTG连接埠1用于连接OTG设备，所述主机连接埠2设有主机电源引脚21和主机数据引脚22，所述从机3连接埠设有从机电源引脚31和从机数据引脚32，所述USB OTG连接埠1设有OTG电源引脚11、OTG数据引脚12和OTG ID引脚13，电源电路模块7用于OTG电源引脚11、主机电源引脚21和从机电源引脚31之间的导通，如图3所示，电源电路模块7中设有第一电源开关71和第二电源开关72，主机电源引脚21和OTG电源引脚11之间设有第一电源开关71，OTG电源引脚11与从机电源引脚31之间设有第二电源开关72。

所述数据通信模块6用于主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠数据通信，如图2所示，所述数据通信模块6中设有第一数据模拟开关61、第二数据模拟开关62、第三数据模拟开关63以及OTG数据侦测器64，所述OTG数据侦测器64用于侦测OTG数据引脚12的状态，即OTG数据引脚12与OTG设备的连接情况，并将侦测情况反馈给中央控制单元4的识别侦测模块，第一数据模拟开关61串接在所述主机数据引脚22和OTG数据引脚12之间，控制主机数据引脚22和OTG数据引脚12之间的通信，所述第二数据模拟开关62串接于从机数据引脚32和OTG数据引脚22之间，控制从机数据引脚32和OTG数据引脚12之间的通信，所述第三数据模拟开关63串接于主机数据引脚22和从机数据引脚32之间，控制主机数据引脚22和从机数据引脚32之间的通信，所述第一电源开关71、第二电源开关72、第一数据模拟开关61、第二数据模拟开关62和第三数据模拟开关63均由中央控制单元4的驱动控制模块驱动。

识别侦测模块分别与主机连接埠2、USB OTG连接埠1连接，用于侦测主机连接埠2连接主机设备以及USB OTG连接埠1连接OTG设备的情况，其中识别侦测模块根据检测到的主机电源引脚21的电位、USB OTG连接埠1的OTG电源引脚11的电位以及OTG数据侦测器64检测OTG数据引脚12的状态，判断主机设备和OTG设备的接入本系统的情况。

如图5所示，所述OTG自保持电路中设有第一二极管、第二二极管、电容8、运算放大器9和Mos晶体管10，所述Mos晶体管10设有源极S、栅极G和漏极D，所述运算放大器9设有同相输入端、反相输入端、正电源端、负电源端和输出端，所述Mos晶体管10的源极S接地，栅极G连接所述运算放大器9的输出端，漏极D连接OTG ID引脚13，所述运算放大器9的负电源端接地，运算放大器9的反相输入端连接恒定的参考电压91，所述第一二极管的阳极连接OTG电源引脚11，所述第一二极管的阴极连接第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极与OTG ID引脚13连接，所述运算放大器9的正电源端和同相输入端均与第二二极管的阴极连接，所述电容8一端接地，另一端与第二二极管的阴极连接。

OTG自保持电路的工作原理是这样的：当主机连接埠2未连接主机设备，USB OTG连接埠1外接OTG设备时，中央控制单元4无电，OTG设备原始状态处于USB Device（从机）工作模式，OTG设备的ID引脚为高电位，OTG设备通过USB OTG连接埠1的OTG ID引脚13为电容8提供微弱的电量，为电容8充电，当电容8的电压达到参考电压，运算放大器9输出端输出电压至Mos晶体管10的栅极G，Mos晶体管10的漏极D和源极S导通，OTG ID引脚13接地，电位拉低，在低电位的状态下，OTG设备切换到USB HOST（主机）工作模式，为本系统供电。当主机连接埠2连接主机设备，USB OTG连接埠1外接OTG设备时，主机设备直接为本系统供电，OTG自保持电路处于不工作的状态。

当主机连接埠2外接主机设备，USB OTG连接埠1外接OTG设备时，从机连接埠3未外接从机设备时，主机设备为本系统供电，识别侦测模块侦测主机电源引脚21的电位处于高电位，USB OTG连接埠1的OTG电源引脚11处于高电位，OTG数据侦测器64侦测OTG数据引脚12的状态反馈给识别侦测模块，判断主机连接埠2和USB OTG连接埠1的接入情况，驱动控制模块导通第一电源开关71和第一数据模拟开关61，使主机为OTG设备供电并保持主机与OTG设备的通信畅通，联通主机连接埠2和USB OTG连接埠1。

当主机连接埠2外接主机设备，USB OTG连接埠1未外接OTG设备，从机连接埠3外接从机设备时，主机为本系统供电，识别侦测模块侦测主机电源引脚21的电位，USB OTG连接埠1的OTG电源引脚11的电位，OTG数据侦测器64侦测OTG数据引脚12的状态反馈给识别侦测模块，判断主机连接埠2外接主机设备和USB OTG连接埠1未接OTG设备，驱动控制模块导通第一电源开关71、第二电源开关72和第三数据模拟开关63，使主机为从机供电并保持主机与从机的通信畅通，即联通主机连接埠2和从机连接埠1。

当主机连接埠2外接主机设备，USB OTG连接埠1外接OTG设备，从机连接埠3外接从机设备时，主机为本系统供电，识别侦测模块侦测主机电源引脚21的电位，USB OTG连接埠1的OTG电源引脚11的电位，OTG数据侦测器64侦测OTG数据引脚12的状态反馈给识别侦测模块，判断主机连接埠2外接主机设备和USB OTG连接埠1外接OTG设备，驱动控制模块导通第一电源开关71和第一数据模拟开关61，使主机为OTG设备供电并保持主机与OTG设备的通信畅通，即联通主机连接埠2和USB OTG连接埠1。

当主机连接埠2未外接主机设备，USB OTG连接埠1外接OTG设备，从机连接埠3外接从机设备时，OTG设备通过OTG自保持电路为系统供电，识别侦测模块侦测主机电源引脚21的电位，USB OTG连接埠1的OTG电源引脚11的电位，OTG数据侦测器64侦测OTG数据引脚12的状态反馈给识别侦测模块，判断主机连接埠2未外接主机设备和USB OTG连接埠1外接OTG设备，驱动控制模块导通第二电源开关72和第二数据模拟开关62，使OTG设备为从机供电并保持OTG设备与从机设备的通信畅通，即联通从机连接埠3和USB OTG连接埠1。

当本系统根据主机设备、从机设备及OTG设备的接入情况进行运行后，一旦主机连接埠2的主机电源引脚21电位、USB OTG连接埠1的OTG电源引脚11的电位和OTG数据侦测器64检测OTG数据引脚12的状态发生变化，驱动控制模块控制第一电源开关71、第二电源开关72、第一数据模拟开关61、第二数据模拟开关62和第三数据模拟开关63断开，并维持350ms至500ms，驱动控制模块根据识别侦测模块检测的数据，依前述罗列的情况导通相应的开关。

上述实施例中，星状架构的USB自动识别导通系统集成若干从机连接埠，支持同时连接多个从机。

USB自动识别导通方法包括以下步骤：

a. 主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠中接入相应的设备；

b. 外接的设备给中央控制单元供电，中央控制单元检测主机连接埠连接主机设备及USB OTG连接埠连接OTG设备的情况，导通主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠中的两种。

在步骤b中，外接的主机设备直接为中央控制单元供电，外接的OTG设备在主机模式下，通过OTG自保持电路模块为中央控制单元供电；中央控制单元根据监测的主机连接埠的主机电源引脚的电位、USB OTG连接埠的OTG ID引脚的电位及OTG数据引脚的状态，判断主机连接埠外接主机设备和USB OTG连接埠连接OTG设备的情况，控制电源电路模块和数据通信模块导通主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠中的两种；如中央控制单元判断主机连接埠外接主机设备，USB OTG连接埠连接OTG设备，则中央控制器使主机连接埠和USB OTG连接埠联通；如中央控制单元判断主机连接埠外接主机设备，USB OTG连接埠未连接OTG设备，则中央控制器使主机连接埠和从机连接埠联通；如主机连接埠未连接主机设备，USB OTG连接埠连接OTG设备，OTG设备通过OTG自保持电路切换至主机模式，由OTG设备为中央控制器供电，中央控制器判断主机连接埠未外接主机设备，USB OTG连接埠连接OTG设备，使USB OTG连接埠和从机连接埠联通。

步骤b后还包括：

c. 若中央控制单元检测到主机连接埠的主机电源引脚的电位、USB OTG连接埠的OTG ID引脚的电位及OTG数据引脚的状态发生变化，中央控制单元断开主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠之间的连接并维持一段时间，返回步骤b。

在步骤c中，优选维持电源电路模块中第一电源开关和第二电源开关以及数据通信模块中第一数据模拟开关、第二数据模拟开关和第三数据模拟开关断开350ms至500ms，优选350ms，以利于中央控制单元对主机连接埠的主机电源引脚和USB OTG连接埠的OTG电源引脚电位的检测。

以上所述实施方式仅用来说明本发明，但不限于此。在不偏离本发明构思的条件下，所属技术领域人员做出的适当变更、调整也应纳入本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.星状架构的USB自动识别导通系统，其特征在于，包括中央控制单元、中间线路、主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠，所述中间线路用于连接主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠，所述中央控制单元用于控制主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠之间的联通。

2.如权利要求1所述的星状架构的USB自动识别导通系统，其特征在于，所述中间线路包括电源电路模块、数据通信模块和OTG自保持电路模块，所述电源电路模块用于主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠之间的电路连接，所述OTG自保持电路分别与中央控制单元和USB OTG连接埠连接，用于在主机连接埠未接主机时，使USB OTG连接埠外接的OTG设备为中央控制单元供电，所述数据通信模块用于主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠之间的通信。

3.如权利要求2所述的星状架构的USB自动识别导通系统，其特征在于，所述主机连接埠设有主机电源引脚和主机数据引脚，所述从机连接埠设有从机电源引脚和从机数据引脚，所述USB OTG连接埠设有OTG电源引脚、OTG数据引脚和OTG ID引脚。

4.如权利要求3所述的星状架构的USB自动识别导通系统，其特征在于，所述OTG自保持电路中设有第一二极管、第二二极管、电容、运算放大器和Mos晶体管，所述Mos晶体管设有源极、栅极和漏极，所述运算放大器设有同相输入端、反相输入端、正电源端、负电源端和输出端，所述Mos晶体管的源极接地，栅极连接所述运算放大器的输出端，漏极连接OTG ID引脚，所述运算放大器的负电源端接地，运算放大器的反相输入端连接恒定的参考电压，所述第一二极管的阳极连接OTG电源引脚，所述第一二极管的阴极连接第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极与OTG ID引脚连接，所述运算放大器的正电源端和同相输入端均与第二二极管的阴极连接，所述电容一端接地，另一端与第二二极管的阴极连接。

5.如权利要求3所述的星状架构的USB自动识别导通系统，其特征在于，所述数据通信模块中设有第一数据模拟开关、第二数据模拟开关、第三数据模拟开关和OTG数据侦测器，所述OTG数据侦测器用于检测OTG数据引脚的状态，并将检测结果反馈至中央控制单元，所述第一数据模拟开关串接在主机数据引脚和OTG数据引脚之间，所述第二数据模拟开关串接在OTG数据引脚和从机数据引脚之间，所述第三数据模拟开关串接在主机数据引脚和从机数据引脚之间，所述第一数据模拟开关、第二数据模拟开关和第三数据模拟开关由中央控制单元驱动控制。

6.如权利要求3所述的星状架构的USB自动识别导通系统，其特征在于，所述电源电路模块中设有第一电源开关和第二电源开关，所述第一电源开关串接在主机电源引脚和OTG电源引脚之间，所述第二电源开关串接在OTG电源引脚和从机电源引脚之间，所述第一电源开关和第二电源开关由中央控制单元驱动控制。

7.如权利要求1-6任一项所述的星状架构的USB自动识别导通系统，其特征在于，所述从机连接埠设有若干个，该若干个从机连接埠集成在一起。

8.星状架构的USB自动识别导通方法，其特征在于，包括以下步骤：

a. 主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠中接入相应的设备；

b. 外接的设备给中央控制单元供电，中央控制单元检测主机连接埠连接主机设备及USB OTG连接埠连接OTG设备的情况，导通主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠中的两种。

9.如权利要求8所述的星状架构的USB自动识别导通方法，其特征在于，在步骤b中，外接的主机设备直接为中央控制单元供电，外接的OTG设备在主机模式下，通过OTG自保持电路模块为中央控制单元供电。

10.如权利要求9所述的星状架构的USB自动识别导通方法，其特征在于，在步骤b中，中央控制单元根据监测的主机连接埠的主机电源引脚的电位、USB OTG连接埠的OTG ID引脚的电位及OTG数据引脚的状态，判断主机连接埠外接主机设备和USB OTG连接埠连接OTG设备的情况，控制电源电路模块和数据通信模块导通主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠中的两种。

11.如权利要求10所述的星状架构的USB自动识别导通方法，其特征在于，

步骤b中，如中央控制单元判断主机连接埠外接主机设备，USB OTG连接埠连接OTG设备，则中央控制器使主机连接埠和USB OTG连接埠联通；如中央控制单元判断主机连接埠外接主机设备，USB OTG连接埠未连接OTG设备，则中央控制器使主机连接埠和从机连接埠联通；如主机连接埠未连接主机设备，USB OTG连接埠连接OTG设备，OTG设备通过OTG自保持电路切换至主机模式，由OTG设备为中央控制器供电，中央控制器判断主机连接埠未外接主机设备，USB OTG连接埠连接OTG设备，使USB OTG连接埠和从机连接埠联通。

12.如权利要求10或11所述的星状架构的USB自动识别导通方法，其特征在于，步骤b后还包括：

c. 若中央控制单元检测到主机连接埠的主机电源引脚的电位、USB OTG连接埠的OTG ID引脚的电位及OTG数据引脚的状态发生变化，中央控制单元断开主机连接埠、从机连接埠和USB OTG连接埠之间的连接并维持一段时间，返回步骤b。