上一章中，我带着大家实现了时钟显示和按键调整的功能。在这一章中，我将利用DHT11温湿度传感器，来测量环境温度和湿度。
DHT11温湿度传感器是数字式的，包括1个电阻式感湿元件和1个NTC测温元件，内部自带AD转换功能，采用单总线，具有响应快、抗干扰能力强、性价比高等特点。该模块总共4个引脚，其中两个是电源引脚VCC和GND，一个是数据引脚，还有一个为空引脚。
目前流行的数据传输总线有II2C总线，SPI总线，单总线等，而DHT11则采用单总线传输数据。单总线，顾名思义，就是采用单根信号线，即可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，从而有主机和从机之别。在这里，stm32作为核心控制器，所以是主机，而DHT11为从机。 采用单总线进行数据传输，我们需要查看数据手册的时序图。
总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待 DHT11 响应,主机把总线拉低必须大于 18 毫秒,保证 DHT11 能检测到起始信号。DHT11 接收到主机的开始信号后, 等待主机开始信号结束,然后发送 80us 低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待 20-40us 后, 读取 DHT11 的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。
根据时序图，单片机需要先将总线拉低至少18ms，然后拉高总线20~40us，此时主机的开始信号结束，检测DHT11的响应信号。如果检测到低电平，则DHT11响应，并且低电平时间维持80us,然后DHT11拉高总线80us。此时DHT11准备传输数据，传输的数据间隙为50us低电平，传输的数据通过高电平的时间长短来区分"0"和"1"。数据传输完毕，DHT11将总线拉低50us，最后主机再拉高总线。
（1）编写延时函数
由于DHT11的时序比较严格，需要毫秒级别和微妙级别的延时。这里我们采用Systick去做延时。在之前按键扫描函数里也用到延时的，在此我叙述一下。
我们需要配置系统时钟，然后把Systick设置成72，这样就能产生1us时间基准，其次编写Systick中断处理函数，让变量自减，从而达到延时的效果，最后编写延时函数，也就是对自减的变量赋初始值。
__IO uint32_t TimingDelay
/*配置SysTick函数*/
void systick_init(void)
{
/*配置Systick重载值,系统时钟为72MHz*/
/*设置72,中断时间:72*(1/72000000) = 1us*/
if(SysTick_Config(72)==1) //若SysTick_Config函数返回产生中断信号,返回值为0
{
while(1) //SysTick_Config函数返回值为1,则等待
}
}
/*时间变量自减函数*/
void TimingDelay_Decrement(void)
{
if(TimingDelay!=0x00)
{
TimingDelay--
}
}
/*SysTick中断处理函数*/
void SysTick_Handler(void)
{
TimingDelay_Decrement()
}
/*延时函数,时间基准为1ms*/
void delay_ms(__IO uint32_t nTime)
{
TimingDelay = nTime*1000
while(TimingDelay!=0)
}
/*延时函数,时间基准为1us*/
void delay_us(__IO uint32_t nTime)
{
TimingDelay = nTime
while(TimingDelay!=0)
}
（2）配置相应的GPIO口作为单总线数据端
/*配置DHT11数据引脚,设置成浮空输入模式*/
void dht11_gpio_portIn(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure)
}
/*配置DHT11数据引脚,设置成推挽输出模式*/
void dht11_gpio_portOut(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure)
}
由于DHT11采用单总线通信协议，所以数据传输是双向的，所以分别将数据端口设置成浮空输入模式和推挽输出模式。并且将数据口的输入和输出定义成宏定义的形式。
#define DHT11_OUT_H GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4)
#define DHT11_OUT_L GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4)
#define DHT11_IN GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_4)
（3）根据DHT11时序图，编写时序函数
现在，我们开始编写总线的驱动函数，根据时序图，主机发送命令启动转换，接着，等待DHT11转换响应并且输出数据，最后读取数据。
/*启动总线函数*/
void dht11_reset(void)
{
dht11_gpio_portOut() //设置成输出模式
DHT11_OUT_L //主机将总线拉低至少18ms
delay_ms(18)
DHT11_OUT_H //主机拉高保持20~40us
delay_us(30)
dht11_gpio_portIn() //设置成输入模式,等待DHT11响应
}
/*DHT11响应函数*/
u8 dht11_scan(void)
{
return DHT11_IN //返回值为DHT11的响应信号
}
实时监控DHT11的数据线，直至其产生出低电平，表示DHT11响应主机请求，开始传输数据。
/*DHT11读取位函数*/
u8 dht11_read_bit(void)
{
while(DHT11_IN==RESET) //传输数据位前存在50us低电平
delay_us(40) //根据高电平的时间长短决定电平是1还是0
if(DHT11_IN==SET) //"0"电平持续时间为26~28us,"1"电平持续时间为70us
{
while(DHT11_IN==SET)
return 1 //若检测到高电平,返回值为1
}
else
{
return 0 //若检测到高电平,返回值为0
}
}
/*DHT11读取字节函数*/
//注：数据最高位先传输
u8 dht11_read_byte(void)
{
u8 i,dat = 0x00
for(i=0i<8i++)
{
dat = dat<<1
dat = dat|dht11_read_bit()//将串行数据读取出来
}
return dat
}
当DHT11响应后，就开始通过单总线传输数据，在读取位函数里，通过高电平的时间长短来判断输出的是'1'还是'0'，在读取字节函数里，调用读取位函数，将传输的每8位整合出字节，并读取出来。
我们查阅DHT11数据手册，得知数据传输的结构（依次顺序）：湿度整数部分（1字节）、湿度小数部分（1字节）、温度整数部分（1字节）、温度小数部分（1字节）、校验和（1字节）。这里，其实就是一个简单的通信协议。校验和就是源数据所有字节之和的低8位，确保传输数据的正确与稳定。
/*DHT11读取数据函数*/
u8 dht11_read_data(void)
{
u8 i
dht11_reset()
if(dht11_scan()==RESET) //DHT11发出响应信号
{
while(DHT11_IN==RESET) //DHT11拉低总线80us
while(DHT11_IN!=RESET) //DHT11拉高总线80us
for(i=0i<5i++)
{
buffer[i] = dht11_read_byte()
}
while(DHT11_IN==RESET) //发送完最后1bit数据后,等待50us低电平结束
dht11_gpio_portOut()
DHT11_OUT_H //主机拉高总线
if(buffer[0]+buffer[1]+buffer[2]+buffer[3]==buffer[4])
{
return 1 //校验成功
}
else
{
return 0 //校验失败
}
}
else
{
return 0 //DHT11未发出响应信号
}
}
在读取字节里，先等待DHT11响应，然后开始接收数据，并且连续读取5次，存放在事先定义好的数组里，主机发出结束信号，最后对读取的数据进行校验。
（4）测量显示温湿度
主函数调用DHT11读数据函数，并调用lcd显示函数，将温度和湿度显示出来即可。
if(dht11_read_data()==1)//读取数据，前提是DHT11响应，并且数据校验成功
{
humidity = buffer[0]//buffer[0]存放的是湿度整数部分
temperature = buffer[2]//buffer[2]存放的是温度整数部分
}
lcd_display_string(2,0,"温度")
lcd_display_num_m(2,32,temperature/10)
lcd_display_num_m(2,40,temperature%10)
lcd_display_string(4,0,“湿度”)
lcd_display_num_m(4,32,humidity/10)
lcd_display_num_m(4,40,humidity%10)
至此，通过本章的讲解，我相信，大家应该对于DHT11模块有了大致的了解，当然，如果你只是看看文章的话，可能效果不怎么理想。这些东西，都需要亲自动手的，正所谓"实践出真知"。所以，你可以在网上买开发板，再买一些模块，不一定要和我的一样。当然，想要挑战自己的话，可以买块最小系统板，这样，外围的硬件电路可以由自己搭建（功能自定义），灵活性强的同时，也锻炼了自己的动手能力。如果你是会设计PCB的大佬，那更好，估计你的水平，就浏览一下我的文章即可。
#include <stm32f4xx.h>
#include "DHT11.h"
#include "TIM6.h"
/*
函数功能：GPIO输出配置
函数参数：
返 回 值：
说 明：PC0 -DATA
*/
void DHT11_OUT1()
{
//时钟使能
RCC->AHB1ENR |= (1 <<2)
//设置GPIO工作模式
GPIOC->MODER &= ~(3 <<0)
GPIOC->MODER |= (1 <<0)
//设置输出模式（TW）
GPIOC->OTYPER &= ~(1 <<0)
//速度（50MHZ）
GPIOC->OSPEEDR &= ~(0x3 <<0)
GPIOC->OSPEEDR |= (0x2 <<0)
//设置上下拉（上）
GPIOC->PUPDR &= ~(0x3 <<0)
GPIOC->PUPDR |= (0x1 <<0)
TIM6_delayms(1000)
//设置初始状态(空闲状态)
GPIOC ->ODR |= (1 <<0)
}
/*
函数功能：GPIO输入配置
函数参数：
返 回 值：
说 明：PC0 -DATA
*/
void DHT11_IN()
{
RCC->AHB1ENR |= (1 <<2)
//设置GPIO工作模式
GPIOC->MODER &= ~(3 <<0)
GPIOC->PUPDR &= ~(0x3 <<0)
GPIOC->PUPDR |= (0x1 <<0)
}
/*
函数功能：DHT11 开始信号 &接收应答
函数参数：
返 回 值：0：有应答 1：无应答
说 明：
*/
u8 DHT11_Start_ACK()
{
u8 overtime = 0
//设置GPIO为输出模式
DHT11_OUT1()
//拉低总线
DHT11_DATA_L
// (GPIOC->ODR &= ~(1 <<0))
//延时18ms以上
TIM6_delayms(20)
//拉高总线
DHT11_DATA_H
// (GPIOC->ODR |= (1 <<0))
//切换为输入模式
DHT11_IN()
//等待应答
while(DHT11_DATA)
{
TIM6_delayus(1)
overtime ++
if(overtime >50)
return 1
}
//等待应答结束
overtime = 0
while(!DHT11_DATA)
{
TIM6_delayus(1)
overtime ++
if(overtime >90)
return 1
}
return 0
}
/*
函数功能：DHT11 接收一个字节
函数参数：
返 回 值：接收到的数据
说 明：
*/
u8 DHT11_Read_byte()
{
u8 data = 0
u8 i//循环变量
for(i=0i<8i++)
{
//等待时隙结束
while(!DHT11_DATA)
//判断当前位是0还是1
TIM6_delayus(40)
if(DHT11_DATA)
{
data |= (0x80 >>i)
// TIM6_delayus(30)
}
while(DHT11_DATA)
}
return data
}
/*
函数功能：DHT11 读取温湿度数据
函数参数：double *temp:温度存储单元
double *humi:湿度存储单元
返 回 值：0：采集成功 1：采集失败
说 明：
*/
u8 DHT11_Read_data(double *temp,double *humi)
{
u8 data[5]
u8 ack
ack = DHT11_Start_ACK()
//发送开始信号并接收应答
if(ack != 0)
{
return 1//应答错误
}
//等待接收数据
while(DHT11_DATA)
//接收5个数据
data[0] = DHT11_Read_byte()
data[1] = DHT11_Read_byte()
data[2] = DHT11_Read_byte()
data[3] = DHT11_Read_byte()
data[4] = DHT11_Read_byte()
//校验数据
if(data[4] != ((data[0]+data[1]+data[2]+data[3]) &0xFF))
return 1//
//计算温湿度值
*temp = data[2] + data[3] / 10.0
*humi = data[0] + data[1] / 10.0
return 0
}
需要声明头文件
通过串口打印出温度和湿度值
if(DHT11_Read_data(&humi_val,&temp_val) == 0)
{
printf("humi = %5.2f temp=%5.2f\r\n",humi_val,temp_val)
}
else
{
printf("humi temp read error\r\n")
}
S
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