**项目介绍：**本项目属于**复合型**项目，主要包括的功能模块有**RTC时钟**，**OLED动态显示**，**DHT11温湿度传感器**。稍作修改可以作为一级菜单界面等使用，本文将会详细讲解各部分原理与编程思路，文章末尾会有**源码开源（HAL库）。**
**硬件设备：**STM32F103C8T6,OLED,HDT11
** 硬件实物图：**
**效果图：**
** 引脚连接：**
OLED：
VCC --> 3.3V
GND --> GND
SCL --> PB10
SDA --> PB11
DHT11：
DATA --> PA9
VCC --> 3.3V
GND --> GND
一、 DHT11简介
1.1 DTH11概念与介绍
DHT11 是广州奥松有限公司生产的一款**湿温度一体**化的数字传感器。该传感器包括一个电阻式测湿元件和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。通过单片机等微处理器简单的电路连接就能够实时的**采集本地湿度和温度**。DHT11 与单片机之间能采用简单的**单总线进行通信****（DATA引脚）**，仅仅需要一个I/O 口。传感器**内部湿度和温度数据 40Bit**的数据一次性传给单片机，数据采用校验和方式进行校验，有效的保证数据传输的准确性。**DHT11 功耗很低，5V 电源电压下，工作平均最大电流 0.5mA。**（正常使用3.3V即可）
工作电压范围：3.5V-5.5V
工作电流 ：平均 0.5mA
湿度测量范围：20－90％RH
温度测量范围：0－50℃
湿度分辨率 ：1％RH 8 位
温度分辨率 ：1℃ 8 位
采样周期 ：1S
单总线结构
与 TTL 兼容（5V）
**注意事项：**DTH11由于物理与化学结构性质，是比较容易损坏的，需要尽量远离恶劣坏境进行工作测量。如果实在不小心，对DHT1传感器造成了破坏，读者可以去网上搜索一下修复教程进行抢救一下。
实物图：
1.2 DTH11工作原理
前文有提到：DTH11传感器只具有3根引脚，所以是**单总线**进行通讯（DATA），为了方便读者对于通讯原理与编程的同步高效率理解。关于时序的通讯方式将在本文**代码段部分**逐个详细讲解。
** 单片机读取数据**
** DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式。即，单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5Byte（5个字节=40Bit）组成。数据分小数部分和整数部分**,具体格式在下面说明。一次完整的数据传输为40bit，高位先出。
校验方式：校验和数据为前四个字节相加。
传感器数据输出的是未编码的**二进制数据**。数据(湿度、温度、整数、小数)之间应该分开处理。如果，某次从传感器中读取如下5Byte数据：
由以上数据就可得到湿度和温度的值，计算方法：
humi (湿度)= byte4 . byte3=45.0 (％RH)
temp (温度)= byte2 . byte1=28.0 ( ℃)
jiaoyan(校验)= byte4+ byte3+ byte2+ byte1=73(=humi+temp)(校验正确)
注意：DHT11一次通讯时间最大3ms，主机连续采样间隔建议不小于100ms。（这一点在时序编程的时候也会经常体现出来）
if(data[0] + data[1] + data[2] + data[3] == data[4])
{
//执行程序
}
** ** 时序部分是笔者认为DHT11最为重要的部分，结合代码与文字描述可能会让读者有更好的理解，读者可以调至下文代码段进行学习。
二、RTC简介
**RTC**（Real Time Clock）即实时时钟，RTC究其本质还是一个**定时器**（独立的定时器）。RTC模块拥有一个**连续计数的计数器**，在相应的软件配置下，可以提供时钟**日历的功能**。修改计数器的值可以重新设置当前时间和日期 RTC还包含用于管理**低功耗模式**的**自动唤醒单元**。
在断电情况下 RTC仍可以独立运行 只要芯片的备用电源一直供电,RTC上的时间会一直走。（部分最小系统板是没有芯片备用电源的，所以不一定都可以掉电仍然计时）
其拥有的两个 32 位寄存器包含**二进码十进数格式 (BCD)** 的秒、分钟、小时（ 12 或 24 小时制）、星期几、日期、月份和年份。此外，还可提供二进制格式的亚秒值。系统可以自动将月份的天数补偿为 28、29（闰年）、30 和 31 天。
RCT特征：
● 可编程的预分频系数：分频系数高为220。
● 32位的可编程计数器，可用于较长时间段的测量。
● 2个分离的时钟：用于APB1接口的PCLK1和RTC时钟(RTC时钟的频率必须小于PCLK1时钟 频率的四分之一以上)。
● 可以选择以下三种RTC的时钟源：
● HSE时钟除以128；
● LSE振荡器时钟；（比较常用的）
● LSI振荡器时钟
● 2个独立的复位类型：
● APB1接口由系统复位；
● RTC核心(预分频器、闹钟、计数器和分频器)只能由后备域复位
● 3个专门的可屏蔽中断：
● 1.闹钟中断，用来产生一个软件可编程的闹钟中断。
● 2.秒中断，用来产生一个可编程的周期性中断信号(长可达1秒)。
● 3.溢出中断，指示内部可编程计数器溢出并回转为0的状态。
RTC时钟源：
三种不同的时钟源可被用来驱动系统时钟(SYSCLK)：
● **HSI振荡器时钟**
● **HSE振荡器时钟**
● **PLL时钟**
CubexMX时钟树下的选择：
三、OLED简介与使用
关于OLED的使用与原理不熟悉的笔者欢迎去笔者另一篇文章学习【强烈推荐】基于stm32的OLED各种显示实现（含动态图）_混分巨兽龙某某的博客-CSDN博客
四、CubexMX配置
** 1、RCC配置外部高速晶振（精度更高）——HSE；RTC时钟选择：LSE；**
**2、SYS配置：Debug设置成Serial Wire**（**否则可能导致芯片自锁**）；
**3、GPIO配置：PA9设置为普通输出（DHT11的DATA接线引脚）；**
** 4、RTC配置：年月日，时分秒；**
** 5、TIM2配置：由上面可知DHT11的使用需要us级的延迟函数,HAL库自带只有ms的，所以需要自己设计一个定时器；**
** 6、I2C2配置：作为OLED的通讯方式；**
**7、时钟树配置**
** 8、工程配置**
五、代码部分
5.1 DTH11代码：
要编写出DHT11温湿度传感器的程序代码，需要从**DHT11时序图**来分析：
如下图所示，用户MCU发送一次开始信号后，DHT11从**低功耗模式**转换到**高速模式**，等待主机开始信号结束后，DHT11发送响应信号，送出**40bit的数据**，并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据。从模式下，DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集，如果没有接收到主机发送开始信号，DHT11不会主动进行温湿度采集。**采集数据后转换到低速模式**。
总结：DHT11的代码实现总共分为6个部分：
1、DTH11——DATA引脚配置 2、DHT11复位函数（即MCU发出起始信号） 3、DHT11检查函数 4、读取DHT11一位数据（返回值0/1） 5、读取一个字节（返回值：读到的数据） 6、读取显示温湿度传感器数据
5.1.1 配置输入输出
** 由于DHT11温湿度传感器采用了单总线通讯的方式，所以DATA引脚连接的PB9必须既要设置成输入也要设置成输出。**
/**
* @brief 设置引脚模式
* @param mode: 0->out, 1->in
* @retval None
*/
static void DHT11_GPIO_MODE_SET(uint8_t mode)
{
if(mode)
{
/* 输入 */
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9; // 9号引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; // 输入模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; // 上拉输入
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}
else
{
/* 输出 */
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_9; // 9号引脚
GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // Push Pull 推挽输出模式
GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP; // 上拉输出
GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; // 高速
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
}
}
5.1.2 DHT11复位函数
复位DHT11就是发送**DHT11起始信号**，告诉传感器通讯开始。**起始信号**要求主机MCU先将总线PB9拉为**低电平**持续**至少18ms（这里设置20ms）**，随后主机MCU将总线PB9设置为**高电平**持续**20~40us（这里取中间值30us，HAL库中没有us，这里需要TIM2定时器制作一个延迟函数）**
us延迟函数：
/**
* @brief 定时器延时us，Prescaler -> 32-1
* @param us: <= 65535
* @retval None
*/
void Tims_delay_us(uint16_t nus)
{
__HAL_TIM_SET_COUNTER(DLY_TIM_Handle, 0);
__HAL_TIM_ENABLE(DLY_TIM_Handle);
while (__HAL_TIM_GET_COUNTER(DLY_TIM_Handle) < nus)
{
}
__HAL_TIM_DISABLE(DLY_TIM_Handle);
}
DTH11复位函数（起始）：
/**
* @brief 温湿度传感器启动信号发送
* @param void
* @retval None
*/
void DHT11_START(void)
{
DHT11_GPIO_MODE_SET(0); // 主机设置为输出模式
DHT11_PIN_RESET; // 主机拉低电平
HAL_Delay(20); // 主机等待 18 < ms > 30
DHT11_GPIO_MODE_SET(1); // 主机设置为输入模式，等待DHT11答应
} // 因为设置了上拉输入，GPIO -> 1
5.1.3 DHT11检查函数
**检查DHT11是否正常**，正常的话会在单片机发送起始信号完成后，**传感器返回80us低电平**，**然后发送80us高电平**。即证明DHT11工作正常，该函数工作正常返回0，否则返回1，该函数中利用了while循环检测在一定时间内的电平变化，此类用法在后面也会经常用到。（笔者这里采用了**另一种检查DHT11**是否正常的方式，就是**直接延迟40us**，虽然读取**PB9引脚**的数值，为1则正常，为0则重启DHT11即可）
/**
* @brief 检测温湿度传感器是否存在(检测DHT11的应答信号)
* @param void
* @retval 0/1
*/
unsigned char DHT11_Check(void)
{
Tims_delay_us(40);
if(DHT11_READ_IO == 0) // 检测到DHT11应答
{
return 1;
}
else // 检测到DHT11不应答
{
return 0;
}
}
** 5.1.4 读取DHT11一位数据**
这里延时**40us后判断引脚电平**，来判断该位**数据为1或0**。之所以是40微秒是因为传感器数字0的信号持续时间为**26-28us。**同时，从笔者日常实验中发现，DHT11中最好不要频繁使用延迟函数取可以检验DHT11是否正常工作，**很有可能造成死机或者数据为0。**
/**
* @brief 读取一位数据 1bit
* @param void
* @retval 0/1
*/
unsigned char DHT11_READ_BIT(void)
{
while(!DHT11_READ_IO); // 过度数据的低电平
Tims_delay_us(40); // 过度数据的高电平
if(DHT11_READ_IO) // 此时如果还为高电平则数据为 1
{
while(DHT11_READ_IO); // 过度数据的高电平
return 1;
}
else // 若此时为低则为 0
{
return 0;
}
}
5.1.5 读取一个字节
循环读入一个字节的数据，并将每一步新加入的数据放置在最低位。
/**
* @brief 读取一个字节数据 1byte / 8bit
* @param void
* @retval temp
*/
unsigned char DHT11_READ_BYTE(void)
{
uint8_t i,temp = 0; // 暂时存储数据
for(i=0; i<8 ;i++)
{
temp <<= 1;
if(DHT11_READ_BIT()) // 1byte -> 8bit
{
temp |= 1; // 0000 0001
}
}
return temp;
}
5.1.6 读取显示温湿度传感器数据
读取数据将数据存入数组，这里仅保留了温度数据的整数位，注意数据较验方法，**校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据 +8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位**。
/**
* @brief 读取温湿度传感器数据 5byte / 40bit
* @param void
* @retval 0/1/2
*/
unsigned char DHT11_READ_DATA(void)
{
uint8_t i;
uint8_t data[5] = {0};
DHT11_START(); // 主机发送启动信号
if(DHT11_Check()) // 如果DHT11应答
{
while(!DHT11_READ_IO); // 过度DHT11答复信号的低电平
while(DHT11_READ_IO); // 过度DHT11答复信号的高电平
for(i=0; i<5; i++)
{
data[i] = DHT11_READ_BYTE(); // 读取 5byte
}
if(data[0] + data[1] + data[2] + data[3] == data[4])
{
//显示温度
OLED_ShowCN_STR(0,4,0,2);
OLED_ShowStr(32,4,":",2);
OLED_ShowNum(40,4,data[2],2,16);
OLED_ShowCN_STR(59,4,4,1);
//显示湿度
OLED_ShowCN_STR(0,6,2,2);
OLED_ShowStr(32,6,":",2);
OLED_ShowNum(40,6,data[0],2,16);
OLED_ShowStr(59,6,"HR",2);
return 1; // 数据校验通过
}
else
{
return 0; // 数据校验失败
}
}
else // 如果DHT11不应答
{
return 2;
}
}
DHT11.C总代码：
#include "dht11.h"
#include "oled.h"
/**
* @brief 温湿度传感器主函数
* @param void
* @retval None
*/
void DHT11(void)
{
DHT11_READ_DATA();
HAL_Delay(50); // 预设一定缓冲
}
/**
* @brief 温湿度传感器启动信号发送
* @param void
* @retval None
*/
void DHT11_START(void)
{
DHT11_GPIO_MODE_SET(0); // 主机设置为输出模式
DHT11_PIN_RESET; // 主机拉低电平
HAL_Delay(20); // 主机等待 18 < ms > 30
DHT11_GPIO_MODE_SET(1); // 主机设置为输入模式，等待DHT11答应
} // 因为设置了上拉输入，GPIO -> 1
/**
* @brief 读取一位数据 1bit
* @param void
* @retval 0/1
*/
unsigned char DHT11_READ_BIT(void)
{
while(!DHT11_READ_IO); // 过度数据的低电平
Tims_delay_us(40); // 过度数据的高电平
if(DHT11_READ_IO) // 此时如果还为高电平则数据为 1
{
while(DHT11_READ_IO); // 过度数据的高电平
return 1;
}
else // 若此时为低则为 0
{
return 0;
}
}
/**
* @brief 读取一个字节数据 1byte / 8bit
* @param void
* @retval temp
*/
unsigned char DHT11_READ_BYTE(void)
{
uint8_t i,temp = 0; // 暂时存储数据
for(i=0; i<8 ;i++)
{
temp <<= 1;
if(DHT11_READ_BIT()) // 1byte -> 8bit
{
temp |= 1; // 0000 0001
}
}
return temp;
}
/**
* @brief 读取温湿度传感器数据 5byte / 40bit
* @param void
* @retval 0/1/2
*/
unsigned char DHT11_READ_DATA(void)
{
uint8_t i;
uint8_t data[5] = {0};
DHT11_START(); // 主机发送启动信号
if(DHT11_Check()) // 如果DHT11应答
{
while(!DHT11_READ_IO); // 过度DHT11答复信号的低电平
while(DHT11_READ_IO); // 过度DHT11答复信号的高电平
for(i=0; i<5; i++)
{
data[i] = DHT11_READ_BYTE(); // 读取 5byte
}
if(data[0] + data[1] + data[2] + data[3] == data[4])
{
//显示温度
OLED_ShowCN_STR(0,4,0,2);
OLED_ShowStr(32,4,":",2);
OLED_ShowNum(40,4,data[2],2,16);
OLED_ShowCN_STR(59,4,4,1);
//显示湿度
OLED_ShowCN_STR(0,6,2,2);
OLED_ShowStr(32,6,":",2);
OLED_ShowNum(40,6,data[0],2,16);
OLED_ShowStr(59,6,"HR",2);
return 1; // 数据校验通过
}
else
{
return 0; // 数据校验失败
}
}
else // 如果DHT11不应答
{
return 2;
}
}
/**
* @brief 检测温湿度传感器是否存在(检测DHT11的应答信号)
* @param void
* @retval 0/1
*/
unsigned char DHT11_Check(void)
{
Tims_delay_us(40);
if(DHT11_READ_IO == 0) // 检测到DHT11应答
{
return 1;
}
else // 检测到DHT11不应答
{
return 0;
}
}
/**
* @brief 设置引脚模式
* @param mode: 0->out, 1->in
* @retval None
*/
static void DHT11_GPIO_MODE_SET(uint8_t mode)
{
if(mode)
{
/* 输入 */
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9; // 9号引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; // 输入模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; // 上拉输入
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}
else
{
/* 输出 */
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_9; // 9号引脚
GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // Push Pull 推挽输出模式
GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP; // 上拉输出
GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; // 高速
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
}
}
/**
* @brief 定时器延时us，Prescaler -> 32-1
* @param us: <= 65535
* @retval None
*/
void Tims_delay_us(uint16_t nus)
{
__HAL_TIM_SET_COUNTER(DLY_TIM_Handle, 0);
__HAL_TIM_ENABLE(DLY_TIM_Handle);
while (__HAL_TIM_GET_COUNTER(DLY_TIM_Handle) < nus)
{
}
__HAL_TIM_DISABLE(DLY_TIM_Handle);
}
DTH11.H代码：
#ifndef __DHT11_H__
#define __DHT11_H__
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "gpio.h"
#include "stdio.h"
#include "tim.h"
#include "stm32f1xx.h"
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
#define DHT11_PIN_SET HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET) // ??GPIO??
#define DHT11_PIN_RESET HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET) // ??GPIO??
#define DHT11_READ_IO HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_9) // DHT11 GPIO??
#define DLY_TIM_Handle (&htim2) // ?????
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void DHT11(void);
void DHT11_START(void);
unsigned char DHT11_READ_BIT(void);
unsigned char DHT11_READ_BYTE(void);
unsigned char DHT11_READ_DATA(void);
unsigned char DHT11_Check(void);
static void DHT11_GPIO_MODE_SET(uint8_t mode);
void Tims_delay_us(uint16_t nus);
void delay_us(uint16_t nus);
#endif
5.2 RTC代码：
void RTC_display() //RTC显示函数
/* Get the RTC current Time */
HAL_RTC_GetTime(&hrtc, &GetTime, RTC_FORMAT_BIN);
/* Get the RTC current Date */
HAL_RTC_GetDate(&hrtc, &GetData, RTC_FORMAT_BIN);
/* Display date Format : yy/mm/dd */
OLED_ShowNum(0,0,2000+GetData.Year,4,16); //year
OLED_ShowStr(35,30,".",2);
OLED_ShowNum(45,0,GetData.Month,2,16); //month
OLED_ShowStr(60,30,".",2);
OLED_ShowNum(70,0,GetData.Date,2,16); //date
/* Display time Format : hh:mm:ss */
OLED_ShowNum(0,2,GetTime.Hours,2,16); //hour
OLED_ShowStr(20,2,":",2);
OLED_ShowNum(30,2,GetTime.Minutes,2,16); //min
OLED_ShowStr(47,2,":",2);
OLED_ShowNum(58,2,GetTime.Seconds,2,16); //seconds
}
5.3 OLED代码：
篇幅有限如果大家不熟悉，这里推荐大家取看一下本人另一篇文章【强烈推荐】基于stm32的OLED各种显示实现（含动态图）_混分巨兽龙某某的博客-CSDN博客
5.4 main函数代码：
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_I2C2_Init();
MX_RTC_Init();
MX_TIM2_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
OLED_Init();
OLED_CLS();
HAL_Delay(1000); //★这里的延迟务必加上，这是为了等待DHT11信号稳定，一定要加！！！
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
RTC_display(); //RTC显示函数
DHT11();
OLED_DrawGIF(75,2,127,8,36,370,BMP2);
}
六、项目效果
太空人RTC与温湿度DTH11显示
代码开源：
** 链接：https://pan.baidu.com/s/192-91-wpF6vWSILJJerf2w 提取码：8uyc**
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