DHT11数字温湿度传感器驱动开发全解析（中） | 零基础入门STM32第八十七步

师从洋桃电子，杜洋老师

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一、DHT11驱动程序设计概述

1.1 传感器工作原理

DHT11采用单总线通信协议，通过精确的时序控制实现数据交换。传感器内部集成8位单片机，完成温湿度信号的采集、校准和数字转换。驱动程序设计需严格遵循其通信时序规范—— 点击查阅🔍DHT11说明书（中文）

1.2 驱动程序功能模块

二、驱动程序架构分析

2.1 程序文件结构

DHT11驱动
├── dht11.h    // 函数声明与宏定义
├── dht11.c    // 驱动功能实现
└── main.c     // 应用层逻辑

2.2 核心功能流程图

三、关键功能实现解析

3.1 初始化流程设计

1. 硬件准备：使能GPIO时钟
2. 端口复位：发送起始信号（拉低≥18ms）
3. 响应检测：等待传感器80μs低电平响应
4. 状态确认：返回初始化结果（0成功/1失败）

3.2 数据读取机制

四、DHT11驱动代码深度解析

4.1 头文件设计（dht11.h）

4.1.1 硬件接口定义

#define DHT11PORT GPIOA       // 使用GPIOA端口
#define DHT11_IO  GPIO_Pin_15 // 使用PA15引脚

• 设计意图：集中管理硬件接口，提升代码可移植性
• 扩展建议：通过宏定义支持多传感器实例

#define DHT11_1_PORT GPIOA
#define DHT11_1_PIN  GPIO_Pin_15
#define DHT11_2_PORT GPIOB
#define DHT11_2_PIN  GPIO_Pin_5

4.1.2 函数声明结构

// 端口模式控制
void DHT11_IO_OUT(void);  // 配置为输出模式
void DHT11_IO_IN(void);   // 配置为输入模式

// 通信控制
void DHT11_RST(void);     // 发送复位信号
u8 Dht11_Check(void);     // 检测传感器响应

// 数据读取
u8 Dht11_ReadBit(void);   // 读取单bit数据
u8 Dht11_ReadByte(void);  // 读取单字节数据

// 核心接口
u8 DHT11_Init(void);      // 初始化传感器
u8 DHT11_ReadData(u8 *h); // 读取温湿度数据

4.2 驱动实现分析（dht11.c）

4.2.1 端口模式切换函数

void DHT11_IO_OUT(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_IO;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  // 推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 高速模式
    GPIO_Init(DHT11PORT, &GPIO_InitStructure);
}

void DHT11_IO_IN(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_IO;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;     // 上拉输入
    GPIO_Init(DHT11PORT, &GPIO_InitStructure);
}

• 技术要点：
  • 推挽输出：确保驱动能力，准确控制电平
  • 上拉输入：避免总线浮空，提高抗干扰能力
  • 50MHz速度：满足单总线通信时序要求

4.2.2 复位信号生成

void DHT11_RST(void) {
    DHT11_IO_OUT();                 // 切换输出模式
    GPIO_ResetBits(DHT11PORT, DHT11_IO); // 拉低总线
    delay_ms(20);                   // 保持18ms以上（手册要求）
    GPIO_SetBits(DHT11PORT, DHT11_IO);   // 释放总线
    delay_us(30);                   // 20-40us等待
}

• 时序控制：
  • 拉低时间：严格≥18ms（实际20ms留余量）
  • 释放等待：30us满足20-40us规范
• 误差处理：使用delay_ms/delay_us需校准系统时钟

4.2.3 响应检测函数

u8 Dht11_Check(void) {
    u8 retry = 0;
    DHT11_IO_IN(); // 切换输入模式
    
    // 等待80us低电平响应
    while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11PORT,DHT11_IO) && retry<100) {
        retry++;
        delay_us(1);
    }
    if(retry>=100) return 1; // 超时返回错误
    
    retry = 0;
    // 等待80us高电平准备
    while(!GPIO_ReadInputDataBit(DHT11PORT,DHT11_IO) && retry<100) {
        retry++;
        delay_us(1);
    }
    return (retry>=100) ? 1 : 0; // 超时判断
}

• 关键技术：
  • 双重等待机制：先检测低电平响应，再检测高电平准备
  • 超时保护：100次尝试（100us）防止死循环
  • 精确时序：1us级检测间隔保障可靠性

4.2.4 数据位读取

u8 Dht11_ReadBit(void) {
    u8 retry = 0;
    // 等待50us低电平起始
    while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11PORT,DHT11_IO) && retry<100) {
        retry++;
        delay_us(1);
    }
    
    retry = 0;
    // 等待高电平到来
    while(!GPIO_ReadInputDataBit(DHT11PORT,DHT11_IO) && retry<100) {
        retry++;
        delay_us(1);
    }
    
    delay_us(40); // 关键判断点
    return GPIO_ReadInputDataBit(DHT11PORT,DHT11_IO) ? 1 : 0;
}

• 解码原理：
  • 50us低电平起始信号
  • 26-28us高电平表示’0’
  • 70us高电平表示’1’
• 采样策略：在40us时间点采样，准确区分高低电平

4.2.5 数据读取主函数

u8 DHT11_ReadData(u8 *h) {
    u8 buf[5];
    DHT11_RST(); // 发送起始信号
    
    if(Dht11_Check() == 0) {
        for(int i=0; i<5; i++) {
            buf[i] = Dht11_ReadByte(); // 读取5字节
        }
        
        // 校验和验证
        if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3]) == buf[4]) {
            h[0] = buf[0]; // 湿度整数
            h[1] = buf[2]; // 温度整数
            return 0;
        }
    }
    return 1; // 失败返回
}

• 数据格式：
  • buf[0]: 湿度整数（20-90）
  • buf[1]: 湿度小数（固定0）
  • buf[2]: 温度整数（0-50）
  • buf[3]: 温度小数（固定0）
  • buf[4]: 校验和
• 错误处理：
  • 数据校验失败返回错误
  • 响应超时立即终止

五、驱动程序优化方向

5.1 时序精度提升

• 采用硬件定时器替代软件延时
• 增加信号边沿中断检测
• 实现μs级精准时序控制

5.2 扩展功能设计

多传感器管理系统
├── 动态地址分配
├── 时分复用通信
└── 数据融合处理

5.3 可靠性增强

• 增加重试计数器（默认3次）
• 引入滑动窗口滤波算法
• 实现自动校准功能

六、关键参数配置参考

6.1 硬件连接规范

6.2 软件配置要点

七、相关资源

[1] 洋桃电子B站课程-STM32入门100步
[2] STM32官方文档手册
[3] STM32F103固件函数库用户手册（中文）
[4] DHT11说明书（中文）
[5] DHT11温湿度显示程序

📌 下期预告：下一期将探讨DHT11驱动程序分析2，欢迎持续关注！

点击查阅🔍往期【STM32专栏】文章

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实测开发版：洋桃1号开发版（基于STM32F103C8T6）
更新日志：

• v1.0 初始版本（2025-03-26）