Serielle Schnittstelle, USB, SPI, I2C, 1-Wire (PDF) - Netzmafia

2.2 Die USB-Schnittstelle 23
Intel entwickelt wurde. Jeder neue PC und jedes Notebook verfügen inzwischen über eine oder mehrere
USB-Schnittstellen.
Aber warum weicht man auf USB aus? Gründe gibt es viele: Neben der großen Marktverbreitung
spricht vor allem die einfache Installation und Handhabung auf Benutzerseite dafür. Zwar sind die
Steckverbinder nicht der Weisheit letzter Schluss und auch die Datenübertragungsrate wesentlich geringer
als beim Netzwerk, aber die Vorteile überwiegen in vielen Anwendungsfällen: Hot plugging,
Plug-and-Play sowie der Verzicht auf weitere I/O-Ports, DMA- und Interrupt-Kanäle. Die Installation
ist zumindest auf USB-tauglichen Windows-Plattformen idiotensicher. USB-Geräte steckt man
einfach während des Betriebs ein. Sofortiger Einsatz ist möglich, ein nerviger Reboot entfällt, und es
lassen sich bis zu 127 Geräte anschließen. Zudem vermeiden USB-Geräte Ressourcenkonflikte. Der
Controller im PC benutzt zwar generell einen Interrupt und 32 I/O-Ports, doch die angeschlossenen
USB-Geräte belegen keine weiteren System-Ressourcen. Die Stromversorgung von bis zu 500
mA je USB-Port wird auch gleich mitgeliefert und erlaubt somit eine Vielfalt an Funktionen und Anwendungsmöglichkeiten
zur Erweiterung von Schnittstellen. Durch die Kaskadierung von USB-Hubs
lässt sich, wie bei Netzwerken, eine baumartige Struktur erzielen. Die maximale Länge eines Kabelsegmentes
beträgt fünf Meter. Die Daten werden als Differenz-Signal mit einer Geschwindigkeit von
12 Mbit/s oder 1,5 Mbit/s übertragen.
2.2.1 USB-Hardware
Der USB kennt zwei verschiedene Steckertypen, ”
Typ A“ und ”
Typ B“ genannt. Das System ist so
konzipiert, dass man sie auch nicht verkehrt herum einstecken kann. Kabel sind immer 1:1 verbunden,
und die Belegung ist immer gleich:
Pinbelegung und Adernfarben beim USB
Pin Funktion Adernfarbe
1 +5V rot
2 Data- weiss
3 Data+ grün
4 Masse schwarz
An der Rückseite eines modernen PCs findet man zwei oder mehr Buchsen vom Typ A. Kleinere,
langsame Geräte wie beispielsweise Mäuse verwenden ein dünnes, fest angebrachtes Kabel mit einem
Stecker vom Typ A. In anderen Fällen besitzt das Gerät selbst eine USB-Buchse vom Typ B. Die
Verbindung erfolgt dann mit einem Kabel vom Typ A–B. Bild 2.11 zeigt die Buchsenbelegung und
typische Steckerformen.
Bild 2.11: USB-Anschlussbuchsen
Die Kabel gibt es nur fertig konfektioniert und vergossen zu kaufen. Einzelne USB-Stecker sind nicht
erhältlich – man muss gegebenenfalls ein Kabel ”
schlachten“. Länge, Kabelquerschnitt, Abschirmung
usw. sind genau vorgeschrieben. Auch der Unterschied zwischen Fullspeed und Lowspeed spielt
hier eine Rolle. Das System der vorgeschriebenen Kabel verhindert zuverlässig, dass ein Lowspeed-
Kabel für eine Fullspeed-Verbindung eingesetzt wird. Alle Verbindungskabel sind Fullspeed-Kabel,
während Lowspeed-Kabel nur fest angebaut vorkommen. Für den Fall einer notwendigen Kabelverlängerung
gibt es Verlängerungskabel vom Typ A-A.