基于stm32的多功能时钟2——DHT11测量温湿度

        亲爱的读者们，我又回来了~

         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 = nTime1000;

    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_InitStructureGPIO_Pin = GPIO_Pin_4;

    GPIO_InitStructureGPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

    GPIO_InitStructureGPIO_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_InitStructureGPIO_Pin = GPIO_Pin_4;

    GPIO_InitStructureGPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

    GPIO_InitStructureGPIO_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=0; i<8; i++)

    {

        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=0; i<5; i++)

        {

            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。

可以进行自动显示。stm32时钟1602不用按键可以进行自动显示。扫描隧道显微镜 Scanning Tunneling Microscope 缩写为STM。作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子。

看你使用的STM32的库函数了，在30版本前的库中，这个一般都是必须的配置的，在30以后的版本中出现了个stm32f10xh的函数，将时钟配置定为默认的，在main函数中不直接使用这个函数了，你可以看一下

是需要重新配置软件的，主要表现在PLL，修改最少的就是把主频调整为前后一致。

一般增大晶振后如果不调软件，主频可能会超出芯片范围，导致程序跑飞，时钟过高也会导致外设的一些配合问题出现。

最近这个模块我用过，感觉挺好的，用的是I2C方式通讯的。初步看了下你用的代码，风格不好。建议使用最新的库文件，主程序也很简单。 库文件下载：github/jcastaneyra/ds3231_library 你看下库中自带的example，应该能马上看懂的。不

stm32f407不能同时显示时钟和adc采样的原因是采样时间不接融。ADC时钟是设为9M2，ADC总转换时间=采样时间+125个ADC时钟周期(信号量转换时间)，而采样时间由寄存器设定，最低15ADC周期，最大2395ADC周期，也就是你程序中设置的555个采样周期。所以ADC一次采样的总采样时间是555+125=68个ADC周期，也就是68/9us3，所以，总采样时间最快就是15+125个ADC周期，最慢就是2395+125个ADC周期。至于采样速率，是跟你的程序是有关的，比如ADC采样时间设定为最快，但可以设定1s采一次，那采样速率仍是1。再比如你开启扫描模式，跟单次转换又不一样。

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