基于天空星STM32F407的DHT11单总线温湿度传感器驱动移植与数据解析实战
基于天空星STM32F407的DHT11单总线温湿度传感器驱动移植与数据解析实战
最近在做一个环境监测的小项目，需要用到温湿度传感器，DHT11因为价格便宜、接口简单，成了我的首选。但网上找的代码直接用在天空星STM32F407开发板上，总是读不出数据，或者数据乱跳。折腾了半天，终于把时序和数据解析都调通了。今天我就把整个移植过程、代码细节，还有我踩过的坑，手把手分享给大家，让你也能在自己的天空星开发板上快速驱动DHT11。
1. 认识一下我们的主角：DHT11
在写代码之前，咱们先花几分钟了解一下DHT11到底是个啥，以及它怎么跟我们“说话”。这能帮你更好地理解后面的时序操作。
DHT11是一个数字温湿度复合传感器，它最大的特点就是单总线通信。什么叫单总线？简单说，就是发送命令、接收数据，全都只用一根线（除了电源和地）。这根线既是命令线也是数据线，省引脚，但时序要求比较严格。
它的基本参数如下，咱们心里有个数：
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 工作电压 | 3.3V - 5.5V (天空星的3.3V刚好) |
| 测量范围 | 湿度20%-90%RH，温度0-50℃ |
| 测量精度 | 湿度±5%RH，温度±2℃ |
| 分辨率 | 8位（湿度小数部分固定为0） |
| 通信协议 | 单总线 |
| 引脚 | 3个 (VCC, DATA, GND) |
注意：DHT11的湿度小数部分输出恒为0，所以湿度分辨率是1%RH。温度的小数部分是有数据的，分辨率是0.1℃。
它和单片机通信的整个过程，可以想象成一次“握手对话”：
- 单片机（主机）说：“喂，DHT11，在吗？”-> 主机发送开始信号（拉低总线至少18ms）。
- DHT11（从机）回答：“在的，请讲。”-> DHT11响应，先拉低80us，再拉高80us。
- DHT11开始“汇报数据”-> 连续输出40位数据（0或1）。
- 汇报结束-> DHT11拉低总线54us后释放，主机需要把总线拉高。
接下来，我们就按照这个“对话”流程，在天空星开发板上把它实现出来。
2. 搭建工程与硬件连接
2.1 硬件连线
首先，把DHT11模块和天空星开发板连起来，非常简单，就三根线：
| DHT11模块引脚 | 连接到天空星STM32F407 |
|---|---|
| VCC (引脚1) | 3.3V 电源引脚 |
| DATA (引脚2) | 我们选择PB0(你也可以换成其他GPIO) |
| GND (引脚3) | GND 引脚 |
提示：DHT11模块上通常已经集成了一个上拉电阻（一般是4.7K或10K），连接到DATA线。这保证了总线在空闲时能保持高电平。如果你的模块没有，需要在DATA线和3.3V之间外接一个4.7K的上拉电阻。
2.2 创建工程文件
在你的工程目录下（比如User文件夹），新建两个文件：
dht11.c– 驱动函数的实现dht11.h– 引脚定义和函数声明
3. 编写驱动代码：一步步实现“对话”
现在进入核心部分，咱们在dht11.c和dht11.h里把代码填上。我会把每一段代码是干什么的、为什么这么写，都讲清楚。
3.1 头文件定义 (dht11.h)
头文件主要是做宏定义和声明函数，方便我们修改引脚和调用函数。
#ifndef _BSP_DHT11_H_ #define _BSP_DHT11_H_ #include "stm32f4xx.h" /************** 引脚配置区 - 根据你的实际接线修改 ****************/ #define RCU_DHT11 RCC_AHB1Periph_GPIOB // 时钟，对应GPIOB #define PORT_DHT11 GPIOB // 端口，GPIOB #define GPIO_DHT11 GPIO_Pin_0 // 具体引脚，PB0 // 设置DHT11数据引脚输出高或低电平的快捷操作 #define DATA_GPIO_OUT(x) GPIO_WriteBit(PORT_DHT11, GPIO_DHT11, x ? Bit_SET : Bit_RESET) // 读取DHT11数据引脚电平状态的快捷操作 #define DATA_GPIO_IN GPIO_ReadInputDataBit(PORT_DHT11, GPIO_DHT11) // 声明全局变量，用于存储读取到的温湿度值 extern float temperature; extern float humidity; // 函数声明 void DHT11_GPIO_Init(void); // 初始化GPIO引脚 unsigned int DHT11_Read_Data(void); // 核心：读取一次完整的40位数据 float Get_temperature(void); // 获取处理后的温度值 float Get_humidity(void); // 获取处理后的湿度值 #endif3.2 引脚初始化与模式切换
DHT11通信过程中，主机需要频繁切换引脚的输入输出模式。我们先写好初始化函数和两个模式切换函数。
在dht11.c文件中：
#include "dht11.h" #include "board.h" // 包含你的延时函数头文件，如delay_ms, delay_us #include "stdio.h" // 如果需要打印调试信息 float temperature = 0; // 全局变量，存储温度 float humidity = 0; // 全局变量，存储湿度 /** * @brief DHT11 GPIO初始化 * @note 上电后只调用一次，将引脚初始化为输出模式并拉高。 */ void DHT11_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 1. 使能GPIOB的时钟 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE); // 2. 配置PB0为推挽输出，上拉，高速模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_DHT11; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; // 输出模式 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; // 推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 速度可以快一些 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; // 内部上拉（与外部上拉双重保障） GPIO_Init(PORT_DHT11, &GPIO_InitStructure); // 3. 初始状态拉高总线，使其处于空闲状态 DATA_GPIO_OUT(1); } /** * @brief 将数据引脚设置为输出模式 * @note 用于主机发送开始信号和结束信号时。 */ void DHT11_GPIO_Mode_OUT(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_DHT11; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; GPIO_Init(PORT_DHT11, &GPIO_InitStructure); } /** * @brief 将数据引脚设置为输入模式 * @note 用于主机接收DHT11的响应信号和数据时。 */ void DHT11_GPIO_Mode_IN(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_DHT11; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN; // 输入模式 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; // 保持上拉 GPIO_Init(PORT_DHT11, &GPIO_InitStructure); }3.3 核心通信函数：DHT11_Read_Data
这是整个驱动的灵魂，它完整地实现了前面说的“四次握手”。我加了详细的注释，你跟着时序图看就明白了。
/** * @brief 读取DHT11的温湿度数据 * @retval 0: 读取或校验失败 * @retval 其他值: 读取成功的40位原始数据（校验字节已剥离） */ unsigned int DHT11_Read_Data(void) { int i; long long val = 0; // 用于拼接40位数据，用64位变量存储 int timeout = 0; float small_point = 0; unsigned char verify_num = 0; // ========== 第一步：主机发送开始信号 ========== DATA_GPIO_OUT(0); // 主机拉低总线 delay_ms(19); // 保持低电平至少18ms，这里给19ms留点余量 DATA_GPIO_OUT(1); // 主机释放总线（拉高） delay_us(20); // 拉高后等待20us，等待DHT11响应 // ========== 第二步：等待DHT11的响应信号 ========== DHT11_GPIO_Mode_IN(); // 主机切换为输入模式，准备“听”DHT11说话 // DHT11会先拉低总线80us左右作为应答 timeout = 5000; // 设置一个超时计数器，防止死等 while((!DATA_GPIO_IN) && (timeout > 0)) timeout--; if(timeout <= 0) return 0; // 超时，说明DHT11没响应 // 然后DHT11会拉高80us左右，准备发送数据 timeout = 5000; while(DATA_GPIO_IN && (timeout > 0)) timeout--; if(timeout <= 0) return 0; // 超时，响应信号异常 // ========== 第三步：接收40位数据 ========== // 关键点：如何区分数据0和数据1？ // 两者都是先发54us低电平，然后： // - 数据0: 接着发 26-28us 高电平 // - 数据1: 接着发 70us 高电平 // 我们通过检测高电平的持续时间来区分。 #define CHECK_TIME 28 // 这是一个经验值，介于26-28us之间，用于判断 for(i = 0; i < 40; i++) // 循环接收40个bit { timeout = 5000; // 等待每个bit起始的54us低电平过去 while((!DATA_GPIO_IN) && (timeout > 0)) timeout--; if(timeout <= 0) return 0; // 低电平持续时间异常 // 关键判断：延时CHECK_TIME后，检测引脚电平 delay_us(CHECK_TIME); // 延时约28us // 此时，如果是数据0，高电平时间短，已经变回低电平 // 如果是数据1，高电平时间长，仍然保持高电平 if(DATA_GPIO_IN) // 还是高电平，说明是数据1 { val = (val << 1) + 1; // 左移一位，末尾加1 } else // 已经是低电平，说明是数据0 { val = val << 1; // 左移一位，末尾加0（默认就是0） } // 等待这个bit剩余的高电平时间过去，准备接收下一个bit timeout = 5000; while(DATA_GPIO_IN && (timeout > 0)) timeout--; // 这里不一定要判断超时，因为如果是数据0，本身已为低电平，循环直接跳过 } // ========== 第四步：结束通信，释放总线 ========== DHT11_GPIO_Mode_OUT(); // 主机切回输出模式 DATA_GPIO_OUT(1); // 拉高总线，回到空闲状态 // ========== 第五步：数据校验与解析 ========== // 数据格式：8bit湿度整数 + 8bit湿度小数 + 8bit温度整数 + 8bit温度小数 + 8bit校验和 // 校验和 = 前四个字节（32位）相加，取低8位 // 计算前32位数据的和（忽略进位，只取低8位效果） verify_num = (val >> 32) + ((val >> 24) & 0xFF) + ((val >> 16) & 0xFF) + ((val >> 8) & 0xFF); // 与接收到的第5个字节（校验和）比较 verify_num = verify_num - (val & 0xFF); if(verify_num != 0) // 校验和不相等 { // 校验失败，返回0 return 0; } else // 校验成功 { // 解析湿度数据 (前16位) humidity = (val >> 32) & 0xFF; // 湿度整数部分 small_point = ((val >> 24) & 0xFF) * 0.1; // 湿度小数部分（通常为0） humidity = humidity + small_point; // 解析温度数据 (中间16位) temperature = ((val >> 16) & 0xFF); // 温度整数部分 small_point = ((val >> 8) & 0xFF) * 0.1; // 温度小数部分 temperature = temperature + small_point; // 可以返回原始数据（去掉校验和的部分），方便其他处理 return (unsigned int)(val >> 8); } }3.4 数据获取函数
这两个函数很简单，就是返回全局变量里存好的值。注意：必须先成功调用DHT11_Read_Data()后，这里返回的值才是最新的。
/** * @brief 获取最近一次读取的温度值 * @retval 温度值（单位：℃） */ float Get_temperature(void) { return temperature; } /** * @brief 获取最近一次读取的湿度值 * @retval 湿度值（单位：%RH） */ float Get_humidity(void) { return humidity; }4. 在主函数中调用与测试
驱动写好了，最后一步就是在主函数里调用它，并打印出结果看看。这里假设你已经初始化好了串口（比如USART1）用于打印。
#include "board.h" #include "bsp_uart.h" // 你的串口初始化头文件 #include <stdio.h> #include "dht11.h" int main(void) { // 1. 系统初始化 board_init(); // 2. 串口初始化，用于打印数据 uart1_init(115200U); // 3. DHT11引脚初始化 DHT11_GPIO_Init(); delay_ms(1000); // 上电后给DHT11一点稳定时间 printf("DHT11 Demo Start\r\n"); while(1) { // 4. 读取数据 if(DHT11_Read_Data() != 0) // 如果读取成功 { // 5. 获取并打印温湿度 printf("Temperature = %.1f C\r\n", Get_temperature()); printf("Humidity = %.1f %%RH\r\n", Get_humidity()); } else { printf("DHT11 Read Error!\r\n"); } // 6. 每隔1秒读取一次 delay_ms(1000); } }5. 调试心得与常见问题
按照上面的步骤做完，理论上串口就能打印出温湿度了。如果没数据或者数据不对，别急，我把我调试时遇到的几个坑总结一下：
时序是重中之重：DHT11对时序非常敏感。
delay_us(20)、delay_ms(19)、CHECK_TIME这些延时值很关键。如果用的是SysTick或者定时器实现的微秒延时，一定要校准准确。可以用逻辑分析仪或者示波器抓一下波形，看看拉低拉高的时间对不对。CHECK_TIME这个值需要微调：代码里我设的是28。这个值是用来区分数据0和1的阈值。如果发现数据全是0或者全是1，可以尝试把这个值调小一点（比如25）或调大一点（比如30），找到最稳定的值。上拉电阻必须要有：确保DATA线上有上拉电阻（模块自带或外接）。没有上拉电阻，总线无法在空闲时保持高电平，通信肯定会失败。
供电要稳定：DHT11虽然功耗低，但供电不稳也会导致读取失败。确保3.3V电源干净，如果走线长，可以在VCC和GND之间加一个0.1uF的滤波电容。
两次读取间隔：DHT11完成一次数据采集后，需要一点时间（手册建议至少1秒）才能进行下一次读取。所以主循环里的
delay_ms(1000)不要删掉或改得太短。初始化后先等待：系统上电后，
DHT11_GPIO_Init()拉高了总线，但最好像示例那样等待1秒以上，让DHT11完全准备好。
代码移植过去后，如果串口打印出正常的温湿度值，恭喜你，DHT11驱动就成功跑起来了！你可以把这个驱动用到你的温室监控、智能家居或者数据记录项目里了。