CN215642688U - 一种usb端口工作模式自动切换硬件系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种USB端口工作模式自动切换硬件系统，硬件系统包括：主控芯片、USB模拟开关、分压电路、USB Host端口、USB Device端口；USB Host端口连接USB模拟开关的第一USB端口，USB Device端口连接USB模拟开关的第二USB端口，USB模拟开关的USB公共端连接主控芯片的USB端口；分压电路的输入端连接USB Device端口的电源端USB_VBUS，分压电路的输出端连接主控芯片的检测端，同时分压电路的输出端连接USB模拟开关的控制端；其中，USB模拟开关根据分压电路输出的控制信号切换USB公共端连接第一USB端口或第二USB端口，同时主控芯片根据检测到的分压电路输出的控制信号切换USB端口工作模式为Host模式或Device模式。该硬件系统能够解决主控芯片无法根据USB端口外接设备自动切换Host和Device模式问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路设计技术领域，尤其涉及一种USB端口工作模式自动切换硬件系统。
背景技术
通用串行总线(英语：Universal Serial Bus，缩写：USB)是一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人计算机和移动设备等信息通讯产品。
对于HDMI相机，USB端口工作模式一般为Host模式，可以外接鼠标设备操作HDMI界面进行相机控制参数调节、捕获图像或启动录像等，但是某些HDMI相机，USB端口可以通过USB线缆连接到计算机，此时USB端口应该工作在Device模式，HDMI相机变为UVC设备，计算机通过专用软件获取相机实时视频并调节相机参数。海思最新的一些媒体处理芯片芯片方案，比如Hi3559V200等，USB端口工作模式只能由软件固定为Host模式或Slave模式，不具备自动识别功能。Hi3559V200具有高性价比，ISP性能优越，非常适合开发HDMI相机，但是上述缺点使得用户在鼠标和UVC相机功能都需要时，无法方便地实现USB接口功能的切换。
借助外部自锁开关按键的方法，可以实现HDMI相机USB接口切换为Host或Device模式，从而实现USB模式切换。但这种方法存在缺陷，自锁开关这种弹簧机械件容易损坏，且对用户来说切换需要按键，影响用户体验感；如公开号为CN202496045U的中国专利公开了一种多媒体音箱，由于在多媒体音箱上集成了USB扩展接口，并通过切换开关对其充电接口和电脑数据接口的工作模式进行切换。
因此，如何方便地实现USB接口功能的切换是目前本领域亟需解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种USB端口工作模式自动切换硬件系统，该系统能够解决主控芯片无法根据USB端口外接设备自动切换Host和Device模式问题，电路结构简单且易于实现。
本实用新型提供了一种USB端口工作模式自动切换硬件系统，包括：
主控芯片、USB模拟开关、分压电路、USB Host端口、USB Device端口；
所述USB Host端口连接所述USB模拟开关的第一USB端口，所述USB Device端口连接所述USB模拟开关的第二USB端口，所述USB模拟开关的USB公共端连接所述主控芯片的USB端口；所述分压电路的输入端连接所述USB Device端口的电源端USB_VBUS，所述分压电路的输出端连接所述主控芯片的检测端，所述分压电路的输出端连接所述USB模拟开关的控制端；
其中，所述USB模拟开关根据分压电路输出的控制信号切换USB公共端连接第一USB端口或第二USB端口，同时所述主控芯片根据检测到的分压电路输出的控制信号切换USB端口工作模式为Host模式或Device模式。
所述分压电路包括第一电阻、第二电阻；所述第一电阻的一端与所述USB Device端口的电源端USB_VBUS连接，该端作为所述分压电路输入端，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻一端连接，同时该端作为所述分压电路输出端；所述第二电阻的另一端接地。
优选的，所述USB模拟开关包括：USB模拟开关芯片NLAS7222AMU，
优选的，所述USB Host端口和USB Device端口为两个标准USB-A端口，
其中，当所述USB Device端口接到计算机设备时，所述USB Device端口的电源端USB_VBUS电压为5V，所述USB_VBUS电压经过所述分压电路分压后，所述分压电路输出端输出电压为3.3V，因此所述分压电路输出端控制信号为高电平，所述USB模拟开关的控制端检测到所述控制信号为高电平，所述USB模拟开关切换USB公共端与第二USB端口连接，所述主控芯片的检测端检测到所述控制信号为高电平，所述主控芯片切换USB端口工作模式为Device模式。
当所述USB Host端口接入外部设备，比如鼠标，而所述USB Device端口未外接计算机设备时，所述USB Device端口的电源端USB_VBUS浮空，由于所述分压电路下拉电阻的关系，所述分压电路的输出端控制信号为低电平，所述USB模拟开关的控制端检测到所述控制信号为低电平，所述USB模拟开关切换USB公共端与第一USB端口连接，所述主控芯片的检测端检测到所述控制信号为低电平，所述主控芯片切换USB端口工作模式为Host模式。
当所述USB Host端口未连接外部设备和所述USB Device端口未连接计算机设备，所述主控芯片USB端口工作模式为Host模式，所述USB模拟开关切换公共端与第一USB端口连接。
当所述USB Host端口连接外部设备和所述USB Device端口连接计算机设备，所述主控芯片USB端口工作模式为Device模式，所述USB模拟开关切换USB公共端与第二USB端口连接。
当所述USB Device端口与计算机设备断开连接，所述主控芯片USB端口工作模式由Device模式自动切换为Host模式，所述USB模拟开关的USB公共端连接端口由第二USB端口自动切换至第一USB端口。
当所述USB Host端口与外部设备断开连接，所述主控芯片USB端口工作模式继续保持Host模式，所述USB模拟开关的USB公共端继续保持连接第一USB端口。
与现有技术相比，本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型提供的硬件系统通过USB模拟开关芯片将主控芯片单个USB端口一分为二，分别工作在Host模式和Device模式，当USB Device端口外接计算机设备时，主控芯片根据分压电路输出端提供的控制信号自动将主控芯片USB端口工作模式切换为Device模式，同时USB模拟开关根据分压电路输出端控制信号自动将USB公共端与USB Device端口连接；当USB Device端口未连接到外接计算机设备时，USB模拟开关将USB公共端与USB Host端口连接，同时主控芯片USB端口工作模式切换为Host模式，该系统实现了单个不支持USB Host/Device模式自动识别切换的USB端口扩展为1个USB Host端口和1个USB Device端口。
附图说明
图1为一种USB端口工作模式切换原理示意图；
图2为图1提供的实施例的一种USB端口工作模式切换系统电路原理图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例进行说明。
参见图1，图1是本实施例提供的一种USB端口工作模式切换原理示意图，如图1所示，USB端口工作模式自动切换硬件系统包括：
主控芯片、USB模拟开关、分压电路、USB Host端口、USB Device端口；
USB Host端口连接USB模拟开关的第一USB端口，USB Device端口连接USB模拟开关的第二USB端口，USB模拟开关的USB公共端连接主控芯片的USB端口；分压电路的输入端连接USB Device端口的电源端USB_VBUS，分压电路的输出端连接主控芯片的检测端，分压电路的输出端连接USB模拟开关的控制端。
由于USB模拟开关的公共端连接主控芯片的USB端口，USB Host端口连接USB模拟开关的第一USB端口，当USB模拟开关公共端连接第一USB端口时，USB Host端口就可以与主控芯片的USB端口连接，此时主控芯片USB端口工作在Host模式；
由于USB Device端口连接USB模拟开关的第二USB端口，当USB模拟开关公共端连接所述第二USB端口时，USB Device端口就可以与主控芯片的USB端口连接，此时主控芯片USB端口工作在Device模式；
由于分压电路的输入端连接USB Device端口电源端USB_VBUS，分压电路的输出端连接USB模拟开关的控制端，分压电路的输出端同时连接主控芯片的检测端。因此，当USBDevice端口接入外部计算机时，主控芯片根据分压电路的输出端的控制信号将USB端口切换成Device模式，同时USB模拟开关将USB公共端与USB Device端口连接。
当USB Device端口未连接外部计算机设备时，分压电路的输出端控制信号为低电平，主控芯片根据控制信号将USB端口工作模式切换成Host模式，同时USB模拟开关将USB公共端与USB Host端口连接。
图2是本实施例提供的一种硬件系统电路图，如图2所示，主控芯片为海思Hi3559V200芯片，USB模拟开关为USB开关芯片NLAS7222A，USB Host端口与USB Device端口为标准USB-A端口，分压电路由电阻R1与R2组成，硬件系统电路主要接线包括：
主控芯片Hi3559V200的USB端口引脚USB_DM连接USB模拟开关芯片NLAS7222AMU的USB公共端引脚D-，主控芯片Hi3559V200的USB端口引脚USB_DP连接USB模拟开关芯片NLAS7222AMU的USB公共端引脚D+，主控芯片Hi3559V200选择GPIO7_0引脚检测分压电路的输出端控制信号值，GPIO7_0连接分压电路的输出端SCON；
USB模拟开关NLAS7222A的第一USB端口的引脚HSD1-连接USB Host端口的引脚D-，USB模拟开关NLAS7222A的第一USB端口的引脚HSD1+连接USB Host端口的引脚D+；USB模拟开关NLAS7222A的第二USB端口的引脚HSD2-连接USB Device端口的引脚D-，USB模拟开关NLAS7222A的第二USB端口的引脚HSD2+连接USB Device端口的引脚D+，USB模拟开关NLAS7222A的控制端S连接分压电路输出端SCON；
分压电路由第一电阻R1与第二电阻R2组成，第一电阻R1一端连接USB Device端口的USB_VBUS引脚，另一端连接分压电路输出端SCON，第二电阻R2一端接地，另一端连接分压电路输出端SCON；
当USB Host端口未连接外部设备和USB Device端口未连接计算机设备时，USBDevice端口的电源端USB_VBUS浮空，由于分压电路下拉电阻R2的关系，分压电路输出端SCON控制信号为低电平，分压电路输出端SCON输出控制信号为低电平，USB模拟开关NLAS7222A的控制端S获得低电平控制信号，USB模拟开关NLAS7222A将其公共端D+、D-分别与其第一USB端口的HSD1+、HSD1-连接，同时主控芯片的信号检测端GPIO7_0获得低电平控制信号，主控芯片内部将USB端口工作模式切换为Host模式。
当USB Host端口连接外部设备，比如鼠标，而USB Device端口未连接计算机设备时，系统电路控制过程与上述两USB端口均未连接设备时一致，USB模拟开关NLAS7222AMU将其USB公共端与其第一USB端口连接，同时主控芯片内部切换USB端口工作模式为Host模式，具体过程不再赘述。
当USB Device端口连接到计算机设备时，而USB Host端口未连接外部设备时，USBDevice端口的电源端USB_VBUS电压为5V，USB_VBUS电压经过分压电路中电阻R1和R2分压后，分压电路的输出端SCON输出电压为3.3V，因此分压电路的输出端SCON控制信号为高电平，USB模拟开关NLAS7222A的控制端S获得高电平控制信号，USB模拟开关NLAS7222AMU将其公共端D+、D-分别与其第二USB端口的HSD2+、HSD2-连接，同时主控芯片的信号检测端GPIO7_0获得高电平控制信号，主控芯片内部将USB端口工作模式切换为Device模式。
当USB Host端口连接外部设备和USB Device端口连接计算机设备时，系统电路控制过程与上述仅USB Device端口连接外部计算机设备时一致，USB模拟开关NLAS7222AMU将其USB公共端与其第二USB端口连接，同时主控芯片内部切换USB端口工作模式为Device模式，此时USB Host端口不起作用，具体过程不再赘述。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而己，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种USB端口工作模式自动切换硬件系统，其特征在于，所述硬件系统包括：主控芯片、USB模拟开关、分压电路、USB Host端口、USB Device端口；
所述USB Host端口连接所述USB模拟开关的第一USB端口，所述USB Device端口连接所述USB模拟开关的第二USB端口，所述USB模拟开关的USB公共端连接所述主控芯片的USB端口；所述分压电路的输入端连接所述USB Device端口的电源端USB_VBUS，所述分压电路的输出端连接所述主控芯片的检测端，同时所述分压电路的输出端连接所述USB模拟开关的控制端；
其中，所述USB模拟开关根据分压电路输出的控制信号切换USB公共端连接第一USB端口或第二USB端口，同时所述主控芯片根据检测到的分压电路输出的控制信号切换USB端口工作模式为Host模式或Device模式。
2.根据权利要求1所述的USB端口工作模式自动切换硬件系统，其特征在于，所述分压电路包括第一电阻、第二电阻；
所述第一电阻的一端与所述USB Device端口的电源端USB_VBUS连接，该端作为所述分压电路输入端，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻一端连接，同时该端作为所述分压电路输出端；所述第二电阻的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的USB端口工作模式自动切换硬件系统，其特征在于，所述USB模拟开关为USB模拟开关芯片NLAS7222AMU。
4.根据权利要求1所述的USB端口工作模式自动切换硬件系统，其特征在于，所述USBHost端口和USB Device端口为两个标准USB-A端口。
5.根据权利要求1所述的USB端口工作模式自动切换硬件系统，其特征在于，所述USBDevice端口接入到计算机设备，USB Host端口不接入外部设备，所述分压电路的输出端控制信号为高电平，所述USB模拟开关的控制端检测到所述控制信号为高电平，所述USB模拟开关切换USB公共端与第二USB端口连接，所述主控芯片的检测端检测到所述控制信号为高电平，所述主控芯片切换USB端口工作模式为Device模式。
6.根据权利要求1所述的USB端口工作模式自动切换硬件系统，其特征在于，所述USBHost端口接入到外部设备，USB Device端口不接入计算机设备，所述分压电路的输出端控制信号为低电平，所述USB模拟开关切换USB公共端与第一USB端口连接，所述主控芯片的检测端检测到所述控制信号为低电平，所述主控芯片切换USB端口工作模式为Host模式。
7.根据权利要求1所述的USB端口工作模式自动切换硬件系统，其特征在于，所述USBHost端口未连接外部设备和所述USB Device端口未连接计算机设备，所述主控芯片USB端口工作模式为Host模式，所述USB模拟开关切换USB公共端与第一USB端口连接。
8.根据权利要求1所述的USB端口工作模式自动切换硬件系统，其特征在于，所述USBHost端口连接外部设备和所述USB Device端口连接计算机设备，所述主控芯片的USB端口工作模式为Device模式，所述USB模拟开关切换USB公共端与第二USB端口连接。
9.根据权利要求5或7所述的USB端口工作模式自动切换硬件系统，其特征在于，所述USB Device端口与计算机设备断开连接，所述主控芯片的USB端口工作模式由Device模式自动切换为Host模式，所述USB模拟开关的USB公共端连接端口由第二USB端口自动切换至第一USB端口。
10.根据权利要求6或8所述的USB端口工作模式自动切换硬件系统，其特征在于，所述USB Host端口与外部设备断开连接，所述主控芯片的USB端口工作模式继续保持Host模式，所述USB模拟开关的USB公共端继续保持连接第一USB端口。
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