CN104881387B - 一种usb连接方法及usb集线器 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供的一种USB连接方法及USB集线器，涉及计算机辅助设备领域，解决了现有的USB HUB中需要通过特定USB接口连接USB主设备的问题。该USB集线器包括MCU、上行接口、USB接口以及第一开关模块，USB接口与第一开关模块相连，该第一开关模块分别与USB接口和上行接口相连，其中：当USB接口连接的USB设备为USB主设备时，MCU用于控制第一开关模块使得USB接口与上行接口间的通路导通。本发明应用于USB集线器。

Description

一种USB连接方法及USB集线器
技术领域
本发明涉及计算机辅助设备领域，尤其涉及一种USB连接方法及USB集线器。
背景技术
目前的串行端口集线器(英文全称：Universal Serial Bus-HUB，简称USB-HUB)中的数据包信号的连接通常分为上行连接和下行连接两种。其中，上行连接是面向主机的，当某个下行接口检测到数据包开始信号时，就仅建立到上行接口的上行连接，例如，U盘的插入操作。下行连接是面向连接的USB设备的，当USB HUB在上行接口上检测到数据包开始信号时就建立到下行接口的连接，例如，电脑对U盘的读取操作。
具体的，参照图1所示的现有USB-HUB的内部结构图可知，现有的USB HUB中包括上行接口11、路由开关电路12、n个USB接口13以及n-1个下行接口14，其中，上述的n个USB接口中会包含一个指定的USB接口(即图1中的USB接口n1)与该USB HUB内部的上行接口相连，即USB接口n1只能连接USB主设备(例如，电脑、手机等终端设备)，其他USB接口只能连接USB从设备(例如，U盘，移动硬盘)，这样便导致了用户仅仅只能通过USB接口n1来连接USB主设备，从而为用户带来不良好的用户体验。
发明内容
本发明的实施例提供的USB连接方法及USB集线器，解决了现有的USB HUB中需要通过特定USB接口连接USB主设备的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，提供一种USB集线器，所述USB集线器包括微控制器MCU、上行接口、USB接口以及第一开关模块，所述第一开关模块分别与所述USB接口和所述上行接口相连，其中：
当所述USB接口接入的USB设备为USB主设备时，所述MCU用于控制所述第一开关模块使得所述USB接口与所述上行接口间的通路导通。
第二方面，提供一种USB连接方法，应用于第一方面提供的USB集线器，所述USB集线器包括微控制器MCU、接口组件、USB接口以及第一开关模块，所述接口组件包括上行接口，所述USB接口与所述第一开关模块相连，所述第一开关模块与所述上行接口相连，所述方法包括：
当所述USB接口接入的USB设备为USB主设备时，所述MCU控制所述第一开关模块使得所述USB接口与所述上行接口间的通路导通。
本发明的实施例提供的USB连接方法及USB集线器，通过在现有的USB集线器中的每个USB接口与上行接口间的电路中增加一个第一开关模块，同时在该USB集线器内部增加一个用于控制第一开关模块的MCU，这样MCU便可以在该USB接口连接的USB设备为USB主设备时，控制与USB接口相连的第一开关模块使得USB接口与上行接口间的通路导通。相比于现有的USB HUB通过固定的USB接口连接USB主设备，本发明中的USB HUB中的任一USB接口均可连接USB主设备，从而方便用户使用，提高了用户体验度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的USB集线器的结构示意图；
图2为本发明的实施例提供的一种USB集线器的结构示意图；
图3为本发明的实施例提供的另一种USB集线器的结构示意图；
图4为本发明的实施例提供的又一种USB集线器的结构示意图；
图5为本发明的实施例提供的另一种USB集线器的结构示意图；
图6为本发明的实施例提供的又一种USB集线器的结构示意图；
图7为本发明的实施例提供的一种第二开关模块的电路结构示意图。
图8为本发明的实施例提供的另一种USB集线器的结构示意图；
图9为本发明的实施例提供的一种USB主设备检测单元的结构示意图；
图10为本发明的实施例提供的一种USB连接方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例提供一种通用串行端口(Universal Serial Bus-HUB，简称USB)集线器，如图2所示，该USB集线器包括微控制器(Microcontroller Unit，简称MCU)21、USB接口22、上行接口23以及第一开关模块24，第一开关模块24分别与USB接口22和上行接口23相连，其中：
当USB接口接入的USB设备为USB主设备时，MCU21用于控制第一开关模块24使得USB接口22与上行接口23间的通路导通。
示例性的，当USB集线器中的USB接口22与第一开关模块24之间的通路为导通通路时，MCU21用于控制第一开关模块24导通第一开关模块24与上行接口23间的通路，USB接口22与上行接口23间的通路导通；当USB集线器中的USB接口22与第一开关模块24之间的通路为未导通的通路时，MCU21用于控制第一开关模块24导通分别导通第一开关模块24与USB接口22和上行接口23间的通路，从而实现USB接口22与上行接口23间的通路导通。
此外，该USB集线器还包括：下行接口25，该下行接口25与上述的第一开关模块24相连，其中：当USB接口22接入的USB设备为USB从设备时，MCU21用于控制第一开关模块24使得USB接口22与下行接口25间的通路导通。
同理，当USB集线器中的USB接口22与第一开关模块24之间的通路为导通通路时，MCU21用于控制第一开关模块24导通第一开关模块24与下行接口25间的通路，USB接口22与下行接口25间的通路导通；当USB集线器中的USB接口22与第一开关模块24之间的通路为未导通的通路时，MCU21用于控制第一开关模块24导通分别导通第一开关模块24与USB接口22和下行接口25间的通路，从而实现USB接口22与下行接口25间的通路导通。
参照图3所示的集线器结构示意图可知，上述的USB接口22的个数不仅限于一个也可以是多个。当该USB接口22的个数大于1时(如图3所示的USB1，USB2，……，USBn)，该USB集线器2内部的第一开关模块24的个数以及下行接口25的个数均与该USB接口22的个数相同，且每个USB接口22连接一个第一开关模块24，每个第一开关模块24连接一个下行接口25，而上行接口23则与每个第一开关模块24相连。
本实施例中，每个USB接口均可接入USB主设备或USB从设备，其中，该USB主设备包括手机、平板电脑、笔记本电脑、UMPC(Ultra-mobile Personal Computer，超级移动个人计算机)、上网本、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)等终端设备，上述的USB从设备包括U盘、移动硬盘灯移动存储设备。此外，需要说明的是，本实施例中的USB HUB中的所有连接线均为差分信号线，差分信号线是由正极信号线(详见图6中的数据线DM)和负极信号线(详见图6中的数据线DP)这两根线组成，本实施例的说明书附图中用单根连接线来表示差分信号线。
具体的，如图4所示，该USB集线器还包括：第二开关模块26，第二开关模块26分别与上行接口23和下行接口25相连，其中：
上行接口23通过第二开关模块26选择至少一个下行接口25相连。
需要说明的是，为了使得该USB集线器可以覆盖更大的范围，能够情况下可以通过伸缩线将USB接口22与USB集线器内部的接口组件相连。示例性的，参照图5所示集线器结构示意图可知，本发明中的USB HUB可以在家庭内部通过伸缩线将USB接口分布到不同位置，各种USB从设备(U盘、移动硬盘等)均可连接上去，这样便可通过将USB主设备连接在其中的任意一个USB接口上，来实现USB主设备对所有USB存储设备的访问管理，不受位置的限制。
示例性的，以三个USB接口为例，这里以图6中的USB接口1、USB接口2以及USB接口3为例进行说明，具体的，参照图6所示的第一开关模块功能框图可知：
a)第一开关模块1实现USB接口1的数据线DM1\DP1选通USB HUB的下行接口1的数据线DM11\DP11或USB HUB的上行接口数据线DM0\DP0。
b)第一开关模块2实现USB接口2的数据线DM2\DP2选通USB HUB的下行接口2的数据线DM22\DP22或USB HUB的上行接口数据线DM0\DP0。
c)第一开关模块3实现USB接口3的数据线DM3\DP3选通USB HUB的下行接口3的数据线DM33\DP33或USB HUB的上行接口数据线DM0\DP0。
可选的，参照图7所示的第一开关模块的电路结构图，该第一开关模块用于实现USB接口的数据线DM1\DP1选通对应下行接口的数据线DM11\DP11或上行接口数据线DM0\DP0，具体的，第一开关模块24包括第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4和第五晶体管T5，其中：
MCU21还用于输出高电平和低电平。
第一晶体管T1的栅极、第二晶体管T2的栅极、第三晶体T3管的栅极分别与MCU21的信号输出端相连用于接收MCU21提供的高电平或者低电平。
第一晶体管T1的源级与USB接口22的负极端相连，第一晶体管T1的漏极与上行接口23的负极端相连。
第二晶体管T2的源级与USB接口22的正极端相连，第二晶体管T2的漏极与上行接口23的正极端相连。
第三晶体管T3的源级与电源端相连，第三晶体管T3的漏极接地。
第四晶体管T4的源级与USB接口22的负极端相连，第四晶体管T4的漏极与下行接口25的负极端相连，第四晶体管T4的栅极与电源相连。
第五晶体管T5的源级与USB接口22的正极端相连，第五晶体管T5的漏极与下行接口25的负极端相连，第五晶体管T5的栅极与电源相连。
此外，上述的第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4以及第五晶体管T5的栅极均连接一个电阻。
具体的，当MCU输出高电平时，T1、T2、T3导通，T4、T5截止，从而实现USB接口的数据线DM1\DP1选通对应上行接口数据线DM0\DP0；当MCU输出低电平时，T1、T2、T3截止，T4、T5导通，USB接口的数据线DM1\DP1选通对应下行接口的数据线DM11\DP11。
可选的，如图8所示，USB集线器还包括USB主设备检测单元25，该USB主设备检测单元27的个数与该USB接口22的个数相同，该USB主设备检测单元27的信号输入端与信号输出端分别与USB接口22的电源端和MCU21相连。具体的，本实施例中的USB HUB通过在每一路USB接口22的电源网络与系统电源之间串入一个USB主设备检测单元27，通过该USB主设备检测单元27来实现USB主设备接入的自动检测及系统电源的统一管理，同时实现所有的USB从设备均由接入USB主设备的端口进行取电，无需另外接入电源进行供电。
USB主设备检测单元27用于检测USB主设备是否接入USB接口22。
进一步的，上述的USB主设备检测单元27具体包括电压检测模块271和电源管理模块272，该电压检测模块271和电源管理模块272均与USB接口22的电源端相连，其中：
电源管理模块271用于在USB接口22中接入USB设备时，控制USB接口22的电源关闭。
电压检测模块272，用于检测USB接口22的电压，并将检测到的电压传输至MCU21，以便MCU21根据USB接口22的电压判定该USB设备22的设备类型。
其中，若检测到USB接口22的电压为第一电平，则MCU21判定USB接口22中接入的USB设备为USB主设备；若检测到USB接口22的电压为第二电平，则MCU21判定USB接口22中接入的USB设备为USB从设备。具体的，当该第一电平为高电平时，该第二电平为低电平，或者，当该第一电平为低电平时，该第二电平为高电平。
示例性的，以第一电平为高电平时，第二电平为低电平为例，USB主设备检测单元27的具体电路结构示意图如图9所示，图9所示的USB主设备检测单元27的具体工作原理如下所示：
a)当没有USB主设备接入时，系统没有电源供电，不进行工作。
b)当某一USB接口22上接入USB主设备时，该USB接口22的电源管脚通过二极管接入系统电源，MCU21开始工作，MCU21首先判断接入USB主设备的是哪个USB接口，然后指示电源管理模块控制该USB接口的电源开关电路关闭，此时，则只有接入USB主设备的USB接口的端口其电压检测管脚可以检测到高电平。同时电源可通过二极管对系统电源进行供电，系统电源不受影响。其余所有USB接口22由于二极管反向截止及电源开关电路关闭，则电压检测为低电平，此时，MCU21便可判断出USB主设备。2)判断出USB主设备后，MCU控制相应USB接口22的数据线与USB HUB的上行接口相连，其余USB接口与USB HUB的下行接口相连。同时，将电源开关电路打开，所有的USB从设备均可由系统电源供电。
本发明的实施例提供的USB集线器，通过在现有的USB集线器中的每个USB接口与上行接口间的电路中增加一个第一开关模块，同时在该USB集线器内部增加一个用于控制第一开关模块的MCU，这样MCU便可以在该USB接口连接的USB设备为USB主设备时，控制与USB接口相连的第一开关模块使得USB接口与上行接口间的通路导通。相比于现有的USBHUB通过固定的USB接口连接USB主设备，本发明中的USB HUB中的任一USB接口均可连接USB主设备，从而方便用户使用，提高了用户体验度。
本发明的实施例提供一种USB连接方法，该方法应用于上述实施例所描述的USB集线器，该USB集线器的具体结构参照上述实施例中的描述。
具体的，如图10所示，当该USB集线器包括MCU、USB接口、上行接口以及第一开关模块，第一开关模块分别与USB接口和上行接口相连时，该方法具体包括如下步骤：
301、当USB接口接入的USB设备为USB主设备时，MCU控制第一开关模块使得USB接口与上行接口间的通路导通。
此外，当该USB集线器还包括：下行接口，该下行接口与上述的第一开关模块相连时，该方法还包括如下步骤：
301a、当USB接口接入的USB设备为USB从设备时，MCU控制第一开关模块使得USB接口与下行接口间的通路导通。
本实施例中，每个USB接口均可接入USB主设备或USB从设备，其中，该USB主设备包括手机、平板电脑、笔记本电脑、UMPC、上网本、PDA等终端设备，上述的USB从设备包括U盘、移动硬盘灯移动存储设备。
具体的，当某一USB接口上接入USB主设备时，MCU判断接入USB主设备的是那个USB接口，然后指示电源管理模块控制该USB接口的电源开关电路关闭，然后电压检测模块检测该USB接口此时的电压，并将检测到的电压反馈给MCU，以便MCU根据检测到的该USB接口的电压，判定该USB接口上所接USB设备的设备类型。具体的，若检测到USB接口的电压为第一电平，则MCU判定该USB接口中接入USB设备为USB主设备，若检测到USB接口的电压为第二电平，则MCU判定该USB接口中接入USB设备为USB从设备。具体的，当该第一电平为高电平时，该第二电平为低电平，或者，当该第一电平为低电平时，该第二电平为高电平。
本发明的实施例提供的USB连接方法，通过在现有的USB集线器中的每个USB接口与上行接口间的电路中增加一个第一开关模块，同时在该USB集线器内部增加一个用于控制第一开关模块的MCU，这样MCU便可以在该USB接口连接的USB设备为USB主设备时，控制与USB接口相连的第一开关模块使得USB接口与上行接口间的通路导通。相比于现有的USBHUB通过固定的USB接口连接USB主设备，本发明中的USB HUB中的任一USB接口均可连接USB主设备，从而方便用户使用，提高了用户体验度。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元完成，即将智能电视的内部结构划分成不同的功能单元，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的USB集线器以及USB集线器中的各个组成部件的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种USB集线器，其特征在于，所述USB集线器包括微控制器MCU、上行接口、USB接口以及第一开关模块，所述第一开关模块分别与所述USB接口和所述上行接口相连，其中：
当所述USB接口接入的USB设备为USB主设备时，所述微控制器MCU用于控制所述第一开关模块使得所述USB接口与所述上行接口间的通路导通；
所述USB集线器还包括：下行接口；所述第一开关模块与所述下行接口相连，其中：
当所述USB接口接入的USB设备为USB从设备时，所述微控制器MCU用于控制所述第一开关模块使得所述USB接口与所述下行接口间的通路导通；
所述微控制器MCU还用于输出高电平和低电平；
所述第一开关模块包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管，其中：所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极、所述第三晶体管的栅极分别通过第一电阻、第二电阻、第三电阻与所述微控制器MCU的信号输出端相连用于接收所述微控制器MCU提供的高电平或者低电平；
所述第一晶体管的源级与所述USB接口的负极端相连，所述第一晶体管的漏极与所述上行接口的负极端相连；
所述第二晶体管的源级与所述USB接口的正极端相连，所述第二晶体管的漏极与所述上行接口的正极端相连；
所述第三晶体管的源级与电源端相连，所述第三晶体管的漏极接地；
所述第四晶体管的源级与所述USB接口的负极端相连，所述第四晶体管的漏极与所述下行接口的负极端相连，所述第四晶体管的栅极通过第四电阻与所述电源相连；
所述第五晶体管的源级与所述USB接口的正极端相连，所述第五晶体管的漏极与所述下行接口的正极端相连，所述第五晶体管的栅极通过第五电阻与所述电源相连。
2.根据权利要求1所述的USB集线器，其特征在于，所述USB集线器还包括：第二开关模块，所述第二开关模块分别与所述上行接口和所述下行接口相连，其中：
所述上行接口通过所述第二开关模块选择至少一个下行接口相连。
3.根据权利要求1所述的USB集线器，其特征在于，所述USB集线器还包括USB主设备检测单元，所述USB主设备检测单元的信号输入端与信号输出端分别与所述USB接口的电源端和所述微控制器MCU相连；
所述USB主设备检测单元用于检测USB主设备是否接入所述USB接口。
4.根据权利要求1所述的USB集线器，其特征在于，所述USB主设备检测单元包括电压检测模块和电源管理模块，所述电压检测模块和所述电源管理模块均与所述USB接口的电源端相连，其中：
所述电源管理模块用于在所述USB接口中接入USB设备时，控制所述USB接口的电源关闭；
所述电压检测模块，用于检测所述USB接口的电压，并将检测到的电压传输至所述微控制器MCU，以便所述微控制器MCU根据所述USB接口的电压判定所述USB设备的设备类型；
其中，若检测到所述USB接口的电压为第一电平，则所述微控制器MCU判定所述USB接口中接入的USB设备为USB主设备；若检测到所述USB接口的电压为第二电平，则所述微控制器MCU判定所述USB接口中接入的USB设备为USB从设备。
5.根据权利要求1至3任一项所述的USB集线器，其特征在于，所述USB接口通过伸缩线与所述第一开关模块相连。
6.一种USB连接方法，其特征在于，应用于权利要求1至5任一项所述的USB集线器，所述USB集线器包括微控制器MCU、接口组件、USB接口以及第一开关模块，所述接口组件包括上行接口，所述USB接口与所述第一开关模块相连，所述第一开关模块与所述上行接口相连，所述方法包括：
当所述USB接口接入的USB设备为USB主设备时，所述微控制器MCU控制所述第一开关模块使得所述USB接口与所述上行接口间的通路导通；
所述接口组件还包括：下行接口，所述第一开关模块与所述下行接口相连时，所述方法还包括：
当所述USB接口接入的USB设备为USB从设备时，所述微控制器MCU控制所述第一开关模块使得所述USB接口与所述下行接口间的通路导通。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述微控制器MCU接收检测到的所述USB接口的电压，并根据所述USB接口的电压判定所述USB设备的设备类型；
其中，若检测到所述USB接口的电压为第一电平，则判定所述USB接口中接入的USB设备为USB主设备；若检测到所述USB接口的电压为第二电平，则判定所述USB接口中接入的USB设备为USB从设备。
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