Comprendre le port USBUn peu de culture gnraleVous connaissez tous le port USB pour la place qu'il tient en ce moment dans notre march : mme votre arrire grand-mre en a dj entendu parler la radio ou dans un magazine.Et pour cause : il est universel.Tout d'abord, le portUSBa vu le jour en1990dans le but de remplacer tous les anciens ports qui commenaient s'essouffler.Ainsi, il a connu trois versions depuis sa cration : la1.1la2.0 et la 3.0.La version 1.1 permet deux modes de fonctionnement : low speed 192 Ko/s pour les claviers et souris, etc.; full speed 1,5 Mo/s pour les imprimantes, scanners, etc.La version2.0ajoute un nouveau mode :high speed, 60 Mo/s. Il est utilis par les disques durs externes, les clsUSBde stockage, et par les nouveaux scanners et nouvelles imprimantes.Mais ce n'est pas tout : l'USB 2.0 ajoute une alimentation en 5 Volts et jusqu' 500 mA, soit 2,5 Watts (0,5 A * 5 V = 2,5 W).En 2008, la version3.0de l'USB a vu le jour et apporte un dbit de transfert de 625 Mo/s soit 5000 Mbits/s. Ce mode est alors nommSuperspeed.

Schma lectriqueNous allons dj voir le cas de l'USB1.1et2.0de plus prs.Alors, en1nous avons la borne+5V.En2,D-, qui permet de transfrer les donnes.En3,D+, qui permet galement de transfrer les donnes.En4,Ground, c'est--dire le 0V.Vous remarquerez qu'ici, le portUSBest de typeA.Pourquoi de type A ?Ben, il existe aussi le typeB:

Il existe encore les ports USB de typemini Aetmini B. On les trouve le plus souvent pour connecter les appareils photos, certaines cls audio USB, etc.Pourquoi y a-t-il deux broches D+ et D- pour transmettre les donnes (data) alors que c'est un port srie ?Le port USB utilise un type d'encodage (NRZI) qui ncessite deux broches.C'est--dire que cet encodage utilise la borne D- pour reprsenter un 0 binaire, avec une tension ngative, et la borne D+ pour le 1 binaire, avec une tension positive.NRZI signifieNon Return to Zero Inverted: jamais de retour zro, invers.C'est un codage bien spcial : s'il faut envoyer un "1"", la sortie ne change pas d'tat ; s'il faut envoyer un 0", la sortie change d'tat chaque fois..Au bout de six "1" conscutifs, on envoie un "0".Mais cette norme n'est utilise ma connaissance que pour l'USB.Maintenant, passons l'USB3.0: il est plus complexe puisqu'il comporte neuf fils !En apparence, il reste similaire l'USB2.0, ce qui lui permet entre autres d'assurer une compatibilit descendante et ascendante : on peut brancher des vieux priphriques sur du nouveau matriel et des priphriques neufs sur du vieux matriel.Mais, s'il conserve les quatre broches classiques de l'USB, cinq viennent s'ajouter permettant ainsi au mode Superspeed d'atteindre un trs haut dbit : 600 Mo/s tout de mme !Voici les vues de dessus et de profil du connecteur (en coupe) :Cliquez pour agrandirLes broches1,2,3et4ont toujours les mmes fonctions.En5et6, nous avons les contacts joliment nommsStdA_SSRX-etStdA_SSRX+qui sont ddis la rception (pour l'ordinateur) en modeSuperspeed.En8et9, ce sont les contactsStdA_SSTX-etStdA_SSTX+qui servent l'mission (pour l'ordinateur) en modeSuperspeed.Le contact7est quant lui ddi au retour des signaux et se nommeGND_DRAIN.Certes, les noms nous sont inutiles, mais cela nous apprend qu'il y a dsormais une connectique pour la transmission et la rception dans la version3.0de l'USB.Le protocole de communicationInitialisationTout d'abord, lorsque l'on branche un priphrique USB, l'ordinateur le dtecte grce une tension, constante entre D- et D+ lorsque rien est branch, et qui chute ds que l'on branche quelque chose. Ainsi, ds que le priphrique est connect, l'ordinateur envoie un courant d'initialisation pendant 10 millisecondes. Ds lors, il lui attribue l'adresse "0". Aprs, le PC questionne tous les priphriques USB dj connects pour connatre leur adresse, puis en attribue une non utilise (code sur 7 bits) au nouveau priphrique, ce qui laisse 127 possibilits !Transfert des donnesLes principes de l'USB, pour communiquer avec les priphriques, c'est que chacun a la parole son tour, personne ne parle en mme temps, et l'ordinateur indique au pralable qui doit parler.Ainsi, le PC envoie ce qui s'appelle un jeton, qui contient l'adresse du priphrique qui doit parler. Ce jeton circule de priphrique en priphrique, jusqu' ce que le priphrique se reconnaisse et crive l'intrieur. Le PC finit par recevoir le jeton et le dcode.Je vais faire une analogie avec des personnes qui veulent parler quelqu'un d'autre.Imaginez un chef qui dcide de faire une ronde avec tous ses disciples. Chaque disciple est numrot.Le chef crit un numro derrire un morceau de papier et le fait passer un premier disciple. Ce premier disciple regarde le numro, ce n'est pas lui. Il passe au suivant, qui passera peut-tre au troisime. Et ainsi de suite jusqu' ce que la personne se reconnaisse dans le numro. Si c'est le cas, cette personne crit sur le bout de papier. Puis le passe la suivante, qui ne regarde que le numro, qui ne se reconnatra pas dans ce numro, et qui donc passera le bout de papier au suivant, et ainsi de suite jusqu' ce que le chef reoive le bout de papier et le lise.Bien videmment, le chef peut trs bien crire quelque chose (une instruction, ou des donnes) et un numro (adresse) au destinataire : la communication va dans les deux sens.Ce systme est appelanneau jetonou "token ring". Vous vous en doutez, toute la communication est encode en NRZI.Au prochain chapitre, nous crerons un petit priphrique USB.Bricoler son priphrique USBJe ne sais pas si vous suivez l'actualit informatique, mais on peut remarquer tout un tas de trucs inutiles en USB : un barbecue USB ; un aquarium USB ; un tapis de souris USB ; etc.Et nous n'allons pas faire de barbecue USB (cela ncessite 30 ports USB et une bonne alimentation), mais un ventilateur USB...La prparationTout d'abord, il faut : un ventilateur (arrachez-en un une vieille alimentation d'ordinateur) ; un vieux cble USB ; un fer souder ; du fil d'tain ou des dominos (d'lectricien, pas pour jouer); du scotch ; un multimtre ; des ciseaux ; un ordinateur (pour tester) ; une pile plate 4,5 V ou une alimentation continue stabilise 5V ; et de la dbrouille.Si vous n'avez pas de ventilateur, vous pouvez en crer un partir d'un moteur, d'un chewing-gum (ou de la pte modeler), d'une feuille de papier, et d'une bonne technique de pliage (origami).Ainsi, voici ce que j'ai fait :

Les testsTout d'abord, dnudez les fils du ventilateur.Votre pile plate 4,5 V doit tre neuve (ou presque, car il faut approcher un maximum 5 V) : pour le vrifier, mettez le multimtre sur le mode voltmtre 5 Vcontinu. Mmorisez la tension qu'il vous donne. l'aide du schma ci-dessous, de la pile plate 4,5 V ou votre alimentation 5 V et en mettant votre multimtre en ampre-mtre sur 1 A, branchez le tout :

Bref, une fois que vous avez branch tout a, votre ventilateur tourne, a peut vous donner une ide de comment il va tourner... En principe, il tournera mme encore plus vite.Mais ce qui nous intresse le plus, c'est de ne pas griller notre ordinateur chri. Donc on regarde combien il passe d'ampres : il ne faut pas dpasser les 400 mA si votre pile tait 4 V. 300mA si votre pile tait 3 V, etc.Laissez toujours une marge : si votre pile tait 4 V, et que vous tes 380 mA, ne tentez pas le coup, c'est trop risqu : vous pouvez griller le contrleur USB, et / ou la carte mre !Donc, si U est la tension, I l'intensit et k le coefficient de scurit :en thorie, il faudrait I < U/10.En pratique il faudrait I < (Ug/10)*k.Si l'on veut garder un coefficient de scurit de 75 %, il faut mettre k = 0,75.Si vous dpassez l'amprage, il existe une solution : changer de ventilateur ou rajouter une rsistance en srie avant ou aprs le ventilateur.Si l'amprage est infrieur 25 %, par exemple 300 mA pour 4V., lancez-vous, mais ne faites surtout pas de court-circuit.La cration du cblageOn dcoupeDonc, coupez votre vieux cble USB, cartez bien les quatre fils qui le traversent, et dcoupez le blindage ainsi que tout le plastique.

=>

En principe, le fil de la masse et du 5 V sont respectivement noir et rouge et plus pais.

Pour reprer quel fil est la masse ou le 5 V, prenez votre multimtre en modeohmmtreet regardez quel fil correspond la masse en mettant une borne de l'ohmmtre sur l'embout USB, sur le fil 4, puis en testant les quatre fils du ct dnuds.Ds que vous avez trouv le bon fil, faites-y un signe distinctif pour vous rappeler que c'est la masse.Faites de mme avec le fil 1, c'est--dire le 5 V.Une fois que vous avez trouv vos deux fils, mettez du scotch ou un isolant autour des deux autres.Puis on assembleMaintenant, il est venu le temps de souder ou de serrer les dominos !Note : si vous utilisez une rsistance, n'oubliez surtout pas de la mettre en srie.Dans le cas contraire, il suffit de joindre les deux cbles au ventilateur.Isolez ensuite tous les cbles sparment, sans faire de court-circuit.Moi, j'aime bien les dominos :

Testez une dernire fois avec la pile plate 4,5 V ou votre alimentation pour voir s'il n'y a pas de court-circuit.Faites une prire et un sacrifice au dieu de l'informatique (pour le sacrifice, rien ne vaut le transformateur secteur d'une bonne carte graphique Voodoo5).

Contemplez !Dsormais, vous pouvez brancher.

a tourne !ConclusionVous venez de crer votre priphrique USB.Mais vous pouvez trs bien faire une guirlande lectrique, ou tout ce que vous voulez, du moment que vous ne dpassez pas 500 mA.Si vous ne dpassez que de quelques milliampres, Windows XP vous prviendra qu'un priphrique USB a dpass l'amprage maximum, et dsactivera temporairement le port USB.Si vous tes chauds pour construire votre barbecue, il faut mettre une rsistance chauffante et utiliser plusieurs ports USB, en mettant les alimentations en parallle... Visitez rapidement cesite.Maintenant, n'hsitez plus crer toutes sortes de priphrique USB, mais soyez prudents, la vie de votre ordinateur (ou celui de votre voisin) en dpend.