CN111475448A - 一种usb设备插入状态检测方法、装置和usb设备 - Google Patents

一种usb设备插入状态检测方法、装置和usb设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种USB设备插入状态检测方法、装置和USB设备。该方法应用于以MCU的I/O引脚形成USB端口的从设备侧，包括：在MCU上电后，将USB端口的状态设置为高阻状态；建立充电回路，为USB端口的寄生电容充电，且充电完成后，断开充电回路；在充电完成并断开充电回路的预设时间后，检测USB端口的寄生电容的电压，若寄生电容的电压不低于预设值，则判断该从设备处于未插入状态，若寄生电容的电压低于预设值，则判断该从设备处于插入状态。本申请可以使从设备检验自身USB端口是否处于插入状态，以便于从设备识别自身插入状态，进行配置更改来实现USB数据传输。

Description

一种USB设备插入状态检测方法、装置和USB设备
技术领域
本发明涉及电子设计技术领域，特别涉及一种USB设备插入状态检测方法、一种USB设备插入状态检测装置和一种USB设备。
背景技术
传统的检测USB设备插入检测方式：一种是通过USB的电气连接来判断USB线缆的插入；另外一种是通过枚举过程来判断。但是，这些方式都是在主设备侧实现的插入检测，仅能供主设备实现对例如U盘等单纯存储功能的从设备进行访问，并不能很好地满足某些具有计算能力的USB从设备的连接需求，给USB数据通信造成了困扰。
发明内容
鉴于现有技术USB设备插入检测主要是主设备侧的检测过程，不能很好满足从设备连接需求的问题，提出了本发明的一种USB设备插入状态检测方法、一种USB设备插入状态检测装置和一种USB设备，以便克服上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
依据本发明的一个方面，提供了一种检测USB设备插入状态的方法，该方法应用于以MCU的I/O引脚形成USB端口的从设备侧，包括：
在MCU上电后，将USB端口的状态设置为高阻状态；
建立充电回路，为USB端口的寄生电容充电，且充电完成后，断开充电回路；
在充电完成并断开充电回路的预设时间后，检测USB端口的寄生电容的电压，若寄生电容的电压不低于预设值，则判断该从设备处于未插入状态，若寄生电容的电压低于预设值，则判断该从设备处于插入状态。
可选地，为USB端口的寄生电容充电，包括：
选择USB端口的D+引脚和D-引脚中的至少一个，对其寄生电容进行充电。
可选地，建立充电回路，为USB端口的寄生电容充电，且充电完成后，断开充电回路，包括：
启动该从设备内部的上拉电阻，为USB端口处的寄生电容充电，充电完成后，断开上拉电阻以断开充电回路。
可选地，MCU为STM32F042，其I/O引脚的寄生电容大小为5pF；在充电完成并断开充电回路的50～100微秒后，检测USB端口的寄生电容的电压。
依据本发明的另一个方面，提供了一种检测USB设备插入状态的装置，该装置应用于以MCU的I/O引脚形成USB端口的从设备侧，包括：
状态设置单元，用于在MCU上电后，将USB端口的状态设置为高阻状态；
充电控制单元，用于建立充电回路，为USB端口的寄生电容充电，且充电完成后，断开充电回路；
检测单元，用于在充电完成并断开充电回路的预设时间后，检测USB端口的寄生电容的电压，若寄生电容的电压不低于预设值，则判断该从设备处于未插入状态，若寄生电容的电压低于预设值，则判断该从设备处于插入状态。
可选地，充电控制单元，具体用于：
选择USB端口的D+引脚和D-引脚中的至少一个，对其寄生电容进行充电。
可选地，充电控制单元，具体用于：
启动该从设备内部的上拉电阻，为USB端口处的寄生电容充电，充电完成后，断开上拉电阻以断开充电回路。
可选地，MCU为STM32F042，其I/O引脚的寄生电容大小为5pF；
检测单元，在充电完成并断开充电回路的50～100微秒后，检测USB端口的寄生电容的电压。
依据本发明的又一个方面，提供了一种USB设备，该USB设备包括如上任一项的检测USB设备插入状态装置。
综上所述，本发明的有益效果是：
本申请基于对USB主、从设备端口的电气分析，在从设备一侧，通过为USB端口的寄生电容充电，进而检测充电后寄生电容的放电时间，以使从设备可以检验自身USB端口是否处于插入状态，以便于从设备识别自身插入状态，进行配置更改来实现USB数据传输。
附图说明
图1为现有技术USB设备插入检测方式示意图；
图2为本发明一个实施例提供的一种USB设备插入状态检测方法流程示意图；
图3为本发明一个实施例提供的一种USB设备插入状态检测装置的结构示意图；
图4为通过示波器观察的插入状态下寄生电容放电电压曲线示意图；
图5为通过示波器观察的未插入状态下寄生电容放电电压曲线示意图；
图中：状态设置单元310、充电控制单元320、检测单元330。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本发明的技术构思是：本申请基于对USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)主、从设备端口的电气分析，在从设备一侧，通过为USB端口的寄生电容充电，进而检测充电后寄生电容的放电时间，以使从设备可以检验自身USB端口是否处于插入状态，以便识别自身插入状态，进行配置更改来实现USB数据传输。
图1为现有技术USB设备插入状态检测方式示意图。如图1所示，传统的USB设备插入检测，是发生在USB主设备(或称为主机)侧。在USB的主设备端，端口的D+和D-接口分别通过一个15K欧姆电阻拉低到地GND，从设备(或称为从机)的D+或D-接口通过1.5K欧姆电阻上拉到高电平VCC(图1中为3.3V)。当从设备插入USB主设备后，1.5K欧姆的上拉电阻将D+或D-接口上拉到高电平，从而使主设备检测到USB设备的插入。但是，该方式只能使主设备检测到从设备的插入，却并不能使从设备主动获取自身的插入状态，因而，当从设备需要变更自身配置(例如写入权限配置)才能实现USB通信时，会造成使用的不便。
本申请基于对USB电气标准的分析，提出了一种可以应用在从设备侧的USB设备插入状态检测方法。如图1所示，该方法应用于以MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)的I/O引脚形成USB端口的从设备侧，由于MCU的I/O引脚存在寄生电容，因而本申请利用该寄生电容，实现对插入状态的检测，包括：
步骤S210：在MCU上电后，将USB端口状态设置为高阻状态，即实现上电后USB端口状态的初始化。
步骤S220：建立充电回路，为USB端口的寄生电容充电，且充电完成后，断开充电回路。由于USB主设备侧的端口存在下拉电阻，因此，如果本USB从设备没有连接主设备，则寄生电容的放电速度会比较缓慢，如果连接了主设备，则寄生电容会通过主设备的下拉电阻放电，导致寄生电容的电压在较短时间后降低到MCU的低电平检测阀值。
因此，本申请包括步骤S230：在充电完成并断开充电回路的预设时间后，检测USB端口的寄生电容的电压，若寄生电容的电压不低于预设值，则判断该从设备处于未插入状态，若寄生电容的电压低于预设值，则判断该从设备处于插入状态。
通过上述方法，本申请就能够在从设备侧，实现从设备自身插入状态的检测。从而，在连接外部计算机等USB主设备时，通过让从设备主动检测到自身插入状态的变化，及时改变写入状态等，方便外部计算机向从设备内写入控制程序等数据内容。
在本申请的一个实施例中，步骤S220中，为USB端口的寄生电容充电，包括：
选择USB端口的D+引脚和D-引脚中的至少一个，对其寄生电容进行充电。通过D+引脚和D-引脚中的任一个，都可以分别实现各自寄生电容的充电，实现插入状态的检测。当然，同时采用D+引脚和D-引脚两个引脚，可以提高检测结果的可靠性，减少误检情况的发生。
在本申请的一个实施例中，步骤S220中，建立充电回路，为USB端口的寄生电容充电，且充电完成后，断开充电回路，具体包括：
启动该从设备内部的上拉电阻，为USB端口处的寄生电容充电，充电完成后，断开上拉电阻以断开充电回路。该上拉电阻可以通过程序配置的方式实现启动或断开，因而能够方便地为USB端口的D+和/或D-引脚的寄生电容充电。在本申请实施例中，该上拉电阻即选用1.5K欧姆电阻，保持与现有USB端口电气标准一致，从而不改变从设备的连接通用性。
在本申请的一个实施例中，USB从设备所选用的MCU为STM32F042，其I/O引脚的寄生电容大小为5pF。在充电完成并断开内部上拉电阻的50～100微秒后，读取该端口状态，如果该从设备连接了外部主设备，5pF的寄生电容会通过主设备的15KΩ下拉电阻放电，电压会在大约15微秒后降低到MCU的低电平检测阀值，而如果没有插入主设备，则寄生电容的电压会需要大约200微秒才能降低到MCU的低电平检测阀值。参考图4和图5，通过示波器可以观察到插入状态的充放电过程(图4)和未插入状态的充放电过程(图5)。因此，可以通过在充电完成并断开充电回路的50～100微秒后检测D+和/或D-引脚的状态，来判断USB设备是否插入，优选以100微秒为检测的预设时间。
本申请还公开了一种USB设备插入状态检测装置，如图3所示，该装置应用于以MCU的I/O引脚形成USB端口的从设备侧，包括：
状态设置单元310，用于在MCU上电后，将USB端口的状态设置为高阻状态。
充电控制单元320，用于建立充电回路，为USB端口的寄生电容充电，且充电完成后，断开充电回路。
检测单元330，用于在充电完成并断开充电回路的预设时间后，检测USB端口的寄生电容的电压，若寄生电容的电压不低于预设值，则判断该从设备处于未插入状态，若寄生电容的电压低于预设值，则判断该从设备处于插入状态。
在本申请的一个实施例中，充电控制单元320，具体用于：
选择USB端口的D+引脚和D-引脚中的至少一个，对其寄生电容进行充电。
在本申请的一个实施例中，充电控制单元320，具体用于：
启动该从设备内部的上拉电阻，为USB端口处的寄生电容充电，充电完成后，断开上拉电阻以断开充电回路。
在本申请的一个实施例中，MCU为STM32F042，其I/O引脚的寄生电容大小为5pF；检测单元330，在充电完成并断开充电回路的50～100微秒后，检测USB端口的寄生电容的电压。
本申请还公开了一种USB设备，该USB设备包括如上任一项的USB设备插入状态检测装置。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种USB设备插入状态检测方法，其特征在于，该方法应用于以MCU的I/O引脚形成USB端口的从设备侧，包括：
在所述MCU上电后，将所述USB端口的状态设置为高阻状态；
建立充电回路，为所述USB端口的寄生电容充电，且充电完成后，断开所述充电回路；
在充电完成并断开充电回路的预设时间后，检测所述USB端口的寄生电容的电压，若寄生电容的电压不低于预设值，则判断该从设备处于未插入状态，若寄生电容的电压低于预设值，则判断该从设备处于插入状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为所述USB端口的寄生电容充电，包括：
选择所述USB端口的D+引脚和D-引脚中的至少一个，对其寄生电容进行充电。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立充电回路，为所述USB端口的寄生电容充电，且充电完成后，断开所述充电回路，包括：
启动该从设备内部的上拉电阻，为USB端口处的寄生电容充电，充电完成后，断开所述上拉电阻以断开所述充电回路。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MCU为STM32F042，其I/O引脚的寄生电容大小为5pF；在充电完成并断开充电回路的50～100微秒后，检测所述USB端口的寄生电容的电压。
5.一种USB设备插入状态检测装置，其特征在于，该装置应用于以MCU的I/O引脚形成USB端口的从设备侧，包括：
状态设置单元，用于在所述MCU上电后，将所述USB端口的状态设置为高阻状态；
充电控制单元，用于建立充电回路，为所述USB端口的寄生电容充电，且充电完成后，断开所述充电回路；
检测单元，用于在充电完成并断开充电回路的预设时间后，检测所述USB端口的寄生电容的电压，若寄生电容的电压不低于预设值，则判断该从设备处于未插入状态，若寄生电容的电压低于预设值，则判断该从设备处于插入状态。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述充电控制单元，具体用于：
选择所述USB端口的D+引脚和D-引脚中的至少一个，对其寄生电容进行充电。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述充电控制单元，具体用于：
启动该从设备内部的上拉电阻，为USB端口处的寄生电容充电，充电完成后，断开所述上拉电阻以断开所述充电回路。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述MCU为STM32F042，其I/O引脚的寄生电容大小为5pF；
所述检测单元，在充电完成并断开充电回路的50～100微秒后，检测所述USB端口的寄生电容的电压。
9.一种USB设备，其特征在于，该USB设备包括如权利要求5-8任一项所述的USB设备插入状态检测装置。
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