簡介
圖 1：USB Host Shield Mini
USB Host Shield Mini 是一塊基於 MAX3421E 芯片 的模組。MAX3421E 芯片是帶 SPI 接口既可以用作外設也可以用作主機的的 USB 2.0 控制器[1][2]。
不想每次都輸入一大段名字，下面用縮寫 UHS 表示 USB Host Shield Mini。
對於要擴展 USB 通信功能的模組來說，需要使用 SPI 協議[3]與 UHSM 通信。
UHSM 是 USB Host Shield 的簡化版本，擁有更小的體積，避免成品體積過大。
圖 2：USB Host Shield
體積小是優點，缺點是網絡上比較難找到各個焊盤對應的引腳，只能自己標。
可以在 Arduino 上面找到這塊板的資源[4]。在其他網站上面有 Mini 的資源[5]，不過 PCB 板的文件版本過老，打不開。
於是我決定先把這個缺點干掉。
引腳與焊盤的對應關系
板上大多數孔都直接連接到了中間的芯片，芯片上寫着 MAX3421E 。
找到 MAX3421E 芯片的官方網站：
https://www.maximintegrated.com/cn/products/interface/controllers-expanders/MAX3421E.html
里面的【下載數據手冊】可以查看芯片引腳信息。以下引腳圖來自數據手冊：
圖 3：MAX3421E 芯片引腳圖
現在需要把引腳的關系對應起來。注意到 Mini 板上背面有一個 RST，這是 Reset 的縮寫。從圖 3 中找到 RES（也是 Reset 的縮寫），就是芯片右側從下往上數第四根引腳。
回到板上找到連接 RST 焊盤的導線連接的引腳，會發現如果旋轉到如圖 4 的角度，就能和芯片圖對上。
圖 4：UHSM 模組焊盤與芯片引腳對應
把正背面的過孔[6]對應起來：
圖 5：UHSM 正背面過孔對應
注意，圖 5 中左邊的那些 VBUS、INT、GPX、MAX_RST、SS 都是對焊盤的標記，跟它們所覆蓋到的導線沒有關系。
根據過孔的對應關系推出正背面導線的連接關系，把各個焊盤對應的引腳標注出來：
圖 6：UHSM 焊盤對應引腳名稱
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取反的 SS、MOSI、MISO、SCLK 用於 SPI 通信[3]。 -
INT 是用於 SPI 的可選項，用於發送中斷（INTerrupt）信號，告知主設備有 USB 事件發生。
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VL 是邏輯電平[7]的參考電壓，是 SPI 接口和所有其他數字輸入及輸出的參考電平。以 MAX3421E 用於 SPI 的輸出引腳 MISO 為例子。在 VL ≥ 2.5V 且 VL 引腳電流為 +10mA 的時候，MISO 引腳的電壓要高於
VL-0.4才算輸出高電平。從 USB Host Shield 的電路圖來看（Mini 的看不了），MAX3421E 芯片的 Vcc 和 VL 用導線連接在一起，共同連接到 3.3V 的電源。
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GPIN 0~7 以及 GPOUT 0~7。對於一些不含 SPI 硬件接口的 SPI 主設備，跟這塊芯片通信時需要使用 I/O 引腳模擬，占用了寶貴的 I/O 引腳資源。不過這個芯片提供了 8 個通用輸入（GPIN）和 8 個通用輸出（GPOUT），讓 SPI 主設備不僅不會因為接入該芯片而減少總體 I/O 引腳數量，反而增加了。可以說是非常貼心。
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取反的 RES為低時，會把一些寄存器的狀態設置為默認狀態。 -
GPX 能表示五種信號，根據一個寄存器的某兩個位選擇（其中兩種信號互斥，由另一個寄存器的某一位決定）。
從設備還是主設備？
它作為 USB 端的接收者，是 USB 主設備。同時它作為 SPI 數據發送方，是 SPI 從設備。
SPI 通信
SPI 協議占用四個引腳，從設備選擇（取反的 SS，Slave Select），時鍾信號（SCLK），主設備輸出（MOSI），從設備輸出（MISO）。
關於 SPI 協議的介紹以及四個引腳的作用，可以看上一篇：
https://www.cnblogs.com/schaepher/p/14521055.html (設備間數據通信 —— 串行外設接口（SPI）協議)
文章中提到主設備在編程時，需要根據從設備的信息配置兩個選項：
- SPI 模式
- First Bit
MAX3421E 在 SCLK 的下降沿改變其輸出數據（MISO），在 SCLK 的上升沿采樣輸入數據（MOSI）
因此主設備選 (0,0) 或者 (1,1) 都行。
數據手冊的應用信息一節里的 SPI 接口部分寫着：
所有 SPI 傳送都是 MSB 在前
所以設置 First Bit 時，應設置為 MSB。
另外 MAX3421E 對 SCLK 最高頻率限制在 26MHz。
供電
MAX3421E 的工作電壓范圍為 3.0V ~ 3.6V，通常約定使用 3.3V 的電源[8]。
由於 USB 外設（如鍵盤）的工作電壓通常為 5.0V，因此不能使用板上提供的電壓。
圖 7：USB 四條導線及供電焊盤
USB 的 Vcc 連接着一個焊盤，即圖 7 中標號 1 的地方。這個是 PCB 板設計者預留的一個供電口。
如果只需要 3.3V 的電源，則不需要任何改造，使用默認的導線即可。但如果需要更高的電壓，則需要使用這個預留的供電口。
如果要使用這個供電口，則應先把原先的供電導線切斷。如圖 7 中的黃色標記所示，用小刀或者其他工具按照指示將導線切斷。這樣需要把 5.0V 的電源接到標號 1 的焊盤上。
在這樣操作后，總共需要引入兩個電壓不同的電源到這塊板上。一個 5.0V 的電源引到圖 7 標號 1 的焊盤，另一個 3.3V 的電源引到 VL 焊盤。
編程
UHSM 自身不支持寫入程序，但接入 UHSM 的模塊（例如 Arduino、ESP32）在編程時可以使用 Github 上開源的庫通過 SPI 協議操作 MAX3421E 芯片里的寄存器。
https://github.com/felis/USB_Host_Shield_2.0 (USB_Host_Shield_2.0)
參考
[1]: https://datasheets.maximintegrated.com/cn/ds/MAX3421E_cn.pdf (MAX3421E 數據表（第三版）——中文)
[2]: https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX3421E.pdf (MAX3421E 數據表（第四版）——英文)
[3]: https://www.cnblogs.com/schaepher/p/14521055.html (設備間數據通信 —— 串行外設接口（SPI）協議)
[4]: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoUSBHostShield&lang= (Arduino USB Host Shield)
[5]: https://chome.nerpa.tech/downloads/#Arduino_USB_Host_Shield_Documentation (
Circuits@Home)
[6]: https://www.cnblogs.com/schaepher/p/14492102.html (快速了解線路板（PCB）基礎知識)
[7]: https://baike.baidu.com/item/%E9%80%BB%E8%BE%91%E7%94%B5%E5%B9%B3 (邏輯電平)
[8]: https://www.zhihu.com/question/22687846/answer/31508409 (為什么很多低功耗的芯片都采用3.3v的電源，這個電壓有什么科學依據嗎？)
其他：
https://www.pjrc.com/teensy/td_libs_USBHostShield.html