🎀 文章作者：二土电子
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一、DHT11简介

DHT11是一款常用的数字温湿度传感器。传感器包括一个电容式感湿元件和一个 NTC 测温元件，能够测量皱纹环境的温湿度，常用于暖通空调、除湿器、农业、冷链仓储等方面。

二、数据手册分析

2.1 接口说明

2.2 串行通信说明

DHT11通过串行通信的方式，将采集到的环境温湿度信息传递给单片机。数据手册中，针对DHT11的串行通信做了详细介绍。

2.2.1 单总线通信

DHT11 器件采用简化的单总线通信。单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制均由单总线完成。设备（主机或从机）通过一个漏极开路或三态端口连至数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线；单总线通常要求外接一个约 4.7kΩ 的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平。由于它们是主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问器件都必须严格遵循单总线序列，如果出现序列混乱，器件将不响应主机。

2.2.2 单总线传输数据位定义

DHT11的DATA引脚，用于单片机与 DHT11 之间的通讯和同步,采用单总线数据格式，一次传送 40 位数据，高位先出。数据格式

8bit 湿度整数数据 + 8bit 湿度小数数据 + 8bit 温度整数数据 + 8bit 温度小数数据 + 8bit 校验位

数据手册中写明，湿度的小数部分为0。8bit 校验位等于所得结果的末 8 位。

对于校验位，数据手册中举例说明。比如接收到的40位数据为

计算 0011 0101 + 0000 0000 + 0001 1000 + 0000 0100 + 0101 0001 = 0101 0001，与接收到的校验位相等，校验通过。如果校验不通过，则将此次接收到的数据丢弃，重新接收数据。

2.2.3 时序图

根据上面的介绍，如果单片机想要读取数据，需要先发送一个起始信号。起始信号需要拉低数据线至少18ms。

DHT11检测到起始信号之后，等待起始信号低电平结束，然后输出应答信号。应答信号是先将数据线拉低83us，再拉高87us。

然后DHT11就开始输出数据了，“0”和“1”的时序图如下

总时序图如下

三、DHT11程序设计

3.1 初始化GPIO

根据上面的介绍，STM32的GPIO既需要用作输出，也需要用作输入。因此，STM32的GPIO需要有两种配置

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Drv_Dht11_Gpio_OutInSet
 *函数功能：DHT11引脚输出/输入设置
 *输入参数：state：OUT：输出（0）；IN：输入（1）
 *返回值：无
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
void Drv_Dht11_Gpio_OutInSet (u8 state)
{
   
   
    // 结构体定义
     GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

    // 开启时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 初始化GPIO结构体
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
    if (state)
    {
   
   
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;   // 浮空输入
    }
    else
    {
   
   
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   // 推挽式输出
    }
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
     GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
}

.h文件添加下面程序

// GPIO模式
#define OUT   0   // 输出模式
#define IN    1   // 输入模式

3.2 复位DHT11

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Drv_Dht11_Reset 
 *函数功能：复位DHT11
 *输入参数：无
 *返回值：无
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
void Drv_Dht11_Reset (void)
{
   
   
    Drv_Dht11_Gpio_OutInSet(OUT);   // 设置数据线为输出模式
    DHT11_SDA_Clr();   // 拉低数据线
    delay_ms(20);   // 拉低至少18ms
    DHT11_SDA_Set();   // 拉高一小段时间
    delay_us(30);   // 拉高20~40us
}

3.3 DHT11连接检测

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Drv_Dht11_ConnectCheck
 *函数功能：检测DHT11是否连接
 *输入参数：无
 *返回值：0：已连接；1：未连接
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
u8 Drv_Dht11_ConnectCheck (void)
{
   
   
    u8 tempVar = 0;   // 定义临时变量

    Drv_Dht11_Gpio_OutInSet(IN);   // 设置数据线为输入模式
    while ((GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_DHT11, GPIO_PIN_DHT11) == 1) && tempVar < 100)   // DHT11会拉低40~80us
    {
   
   
        tempVar++;
        delay_us(1);
    };
    if(tempVar >= 100)
        {
   
   
            return 1;
        }
    else
        {
   
   
            tempVar = 0;
        }
    while ((GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_DHT11, GPIO_PIN_DHT11) == 0) && tempVar < 100)   // DHT11拉低后会再次拉高40~80us
    {
   
   
        tempVar++;
        delay_us(1);
    };
    if(tempVar >= 100)
        {
   
   
            return 1;
        }
    return 0;
}

3.4 发送起始信号

单片机的 I/O 设置为输出同时输出低电平，且低电平保持时间不能小于 18ms(最大不得超过 30ms)，然后单片机的 I/O 设置为输入状态，由于上拉电阻，单片机器的 I/O 即 DHT11 的 DATA 数据线也随之变高，等待 DHT11 作出回答信号。程序设计如下

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Drv_Dht11_Start
 *函数功能：向DHT11发送起始信号
 *输入参数：state：OUT：输出（0）；IN：输入（1）
 *返回值：无
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
void Drv_Dht11_Start (void)
{
   
   
    OLED_SDA_Set();   // 拉高一小段时间
    delay_us(30);

    Drv_Dht11_Gpio_OutInSet(OUT);   // GPIO配置为输出模式
    OLED_SDA_Clr();   // 拉低数据线
    delay_ms(20);   // 保持20ms

    OLED_SDA_Set();   // 拉高一小段时间
    delay_us(30);

    Drv_Dht11_Gpio_OutInSet(IN);   // GPIO配置为输入模式
}

3.5 DHT11初始化

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Drv_Dht11_Gpio_OutInSet
 *函数功能：DHT11引脚输出/输入设置
 *输入参数：state：OUT：输出（0）；IN：输入（1）
 *返回值：无
 *备  注：这里的连接检测用的是while语句，如果DHT11一直连接异常，程序会一直卡在
                    在这里，如果有显示器件或者串口调试，建议这里添加一个异常信息的输出。
                    如果没有显示器件，建议不进行连接检测。
 *==============================================================================
 */
void Med_Dht11_Init (void)
{
   
   
    Drv_Dht11_Reset();   // 复位DHT11
    while(Drv_Dht11_ConnectCheck())   // DHT11连接检测
    {
   
   
        Med_Oled_ShowString(2,0,"DHT11 Error!",8);   // 在OLED上显示字符串
        Med_Oled_ShowString(4,2,"Please Check Connect!",8);   // 在OLED上显示字符串
    }
    Med_Oled_Clear();   // 清屏
    Med_Oled_ShowString(2,7,"ertu 2023.10.26",8);   // 在OLED上显示字符串
}

3.6 接收一个字节数据

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Med_Dht11_ReceOneByte
 *函数功能：接收一帧数据
 *输入参数：无
 *返回值：一字节接收数据
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
u8 Med_Dht11_ReceOneByte (void)
{
   
   
    u8 tempVar = 0;   // 临时循环变量
    u8 receData = 0;   // 接收数据

    for (tempVar = 0;tempVar < 8;tempVar ++)
    {
   
   
        receData <<= 1;   // 左移

        while (DHT11_SDA_DATA);   // 等待高电平过去
        while (!DHT11_SDA_DATA);   // 等待54us的低电平过去
        delay_us(40);   // 延时30us之后判断是0还是1

        // 如果30us之后依旧为高电平
        if (DHT11_SDA_DATA)
        {
   
   
            receData |= 1;   // 接收数据为1
        }
        else
        {
   
   
            receData |= 0;   // 接收数据为0
        }
    }
    return receData;
}

3.7 接收温湿度信息并校准

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Med_Dht11_GetData
 *函数功能：获取温湿度数据
 *输入参数：*temp：存储温度数据变量地址；*humi：存储湿度数据变量地址
 *返回值：0：读取成功；1：读取失败
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
u8 Med_Dht11_GetData (u8 *temp, u8 *humi)
{
   
   
    u8 buf[5];
    u8 i;
    Drv_Dht11_Reset();   // 复位DHT11

    if(Drv_Dht11_ConnectCheck() == 0)
    {
   
   
        for(i = 0; i < 5; i++) //读取40位数据
        {
   
   
            buf[i] = Med_Dht11_ReceOneByte();
        }
        if((buf[0] + buf[1] + buf[2] + buf[3]) == buf[4])
        {
   
   
            *humi = buf[0];
            *temp = buf[2];
        }
    }
    else
        {
   
   
            return 1;
        }
    return 0;
}

四、总结

实际上面的程序设计有一些不足，比如某些地方不需要再拉高SDA线，在等到时使用了while语句但是没有超时检测。但是由于博主的DHT11坏了，目前买的新的还没到，无法继续调试，因此这里说明一下。后续会修改完善程序，补充应用实例。——2023年6月26日