一、DHT11传感器概述

DHT11是一款非常经典的数字温湿度传感器，由广州奥松电子研发。它内部集成了一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连，直接输出已校准的数字信号。每个DHT11传感器出厂前都在精密的湿度校验室中进行校准，校准系数以程序形式储存在OTP内存中。

核心参数

参数	规格
供电电压	3V ~ 5.5V
温度测量范围	0℃ ~ 50℃，精度 ±2℃
湿度测量范围	20% ~ 90% RH，精度 ±5% RH
采样周期	≥1秒/次
待机电流	0.06mA，测量电流1.0mA

信号传输距离可达20米以上，具有抗干扰能力强、性价比高等优点。

引脚说明

DHT11采用4针单排引脚封装：

• VCC引脚：电源正极，接单片机3.3V或5V

• GND引脚：电源负极，接单片机GND

• DAT引脚：单总线数据引脚，接单片机P1.2（或任意I/O口）

• NC引脚：空脚，不接

二、硬件电路设计

2.1 上拉电阻

DHT11采用漏极开路输出，因此数据线必须外接上拉电阻，使得总线空闲时保持高电平。

上拉电阻的阻值选择建议：

• 连接线长度 < 20米：使用 5kΩ 上拉电阻

• 连接线长度 > 20米：根据实际情况选择合适阻值

在代码对应的硬件中，main.h里定义了数据引脚：

sbit DHT11_IO = P1^2;

2.2 电源去耦

传感器上电后，需要等待约1秒以越过不稳定状态。为了提高稳定性，建议在VDD和GND之间并联一个100nF的陶瓷电容，用于滤除电源噪声。

2.3 硬件连接总结

DHT11引脚	连接目标
VCC	单片机3.3V或5V
GND	单片机GND
DAT	单片机P1.2（通过5kΩ上拉电阻接VCC）

三、单总线通信协议详解

3.1 什么是单总线（1-Wire）

DHT11采用简化的单总线通信方式。单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制均由这一根线完成。设备通过漏极开路或三态端口连接至数据线，在不发送数据时释放总线。

总线空闲状态为高电平。整个通信过程是主从结构，只有主机（单片机）呼叫从机（DHT11）时，从机才能应答。

3.2 通信过程概览

一次完整的通信过程如下图所示：

整个过程分为三个主要阶段：

1. 开始信号：主机拉低总线，发起通信

2. 数据传输：DHT11发送40位数据

3. 结束信号：总线恢复高电平，进入空闲状态

3.3 第一阶段：开始信号

步骤1：主机拉低总线（至少18ms）

主机（单片机）先将数据线拉低，持续至少18ms的低电平。代码实现为：

DHT11_IO = 0;
Delay_xms(20);  // 拉低20ms，超过18ms的最低要求

步骤2：主机拉高总线（20-40μs）

主机拉高总线，持续20-40μs：

DHT11_IO = 1;
Delay30us();  // 拉高约30μs

步骤3：DHT11响应（80μs低电平 + 80μs高电平）

DHT11检测到开始信号结束后，会发送响应信号：

• 先拉低总线 80μs，作为应答

• 再拉高总线 80μs，准备发送数据

代码通过循环检测总线状态来确认响应：

while(!DHT11_IO && count < 80)  // 等待DHT11拉低（响应低电平）
{
    _nop_();
    count++;
}
while(DHT11_IO && count < 80)   // 等待DHT11拉高（响应高电平）
{
    _nop_();
    count++;
}

如果检测到响应信号异常（超时），函数返回错误。

3.4 第二阶段：数据传输（40位）

握手成功后，DHT11开始传送40位数据。

数据格式

40位数据的格式为：

字节	内容
第1字节（8bit）	湿度整数数据
第2字节（8bit）	湿度小数数据（通常为0）
第3字节（8bit）	温度整数数据
第4字节（8bit）	温度小数数据（通常为0）
第5字节（8bit）	校验和

高位先出（MSB First）。

校验和

校验和数据等于前四个字节相加所得结果的末8位：

校验和 = (湿度整数 + 湿度小数 + 温度整数 + 温度小数) & 0xFF

代码的校验逻辑：

if(dht_buf[0] + dht_buf[1] + dht_buf[2] + dht_buf[3] == dht_buf[4])
{
    *humi = dht_buf[0];
    *temp = dht_buf[2];
}

如果校验和不匹配，说明数据传输有误，函数返回错误。

每一位数据的传输方式

每一位数据都以50μs的低电平开始。随后是高电平，高电平的持续时间决定了该位是0还是1：

• 数据 '0'：高电平持续 26-28μs

• 数据 '1'：高电平持续 70μs

代码读取一个位的实现：

while(!DHT11_IO && count < 80)  // 等待50μs低电平结束
{
    _nop_();
    count++;
}

Delay30us();  // 延时约30μs

if(1 == DHT11_IO)  // 如果30μs后仍然是高电平 → 数据'1'
{
    data_bit = 1;
    while(DHT11_IO && count < 80)  // 等待高电平结束
    {
        _nop_();
        count++;
    }
}
else  // 30μs后已经是低电平 → 数据'0'
{
    data_bit = 0;
}

这里的关键技巧是：延时30μs后检测电平——如果还是高电平，说明高电平至少持续了30μs，必然是数据'1'（因为数据'0'的高电平只持续26-28μs，30μs后已经变低了）。

3.5 第三阶段：结束信号

当最后一位数据传送完毕后，DHT11会拉低总线50μs，随后总线被上拉电阻拉高，进入空闲状态。

3.6 采样频率

DHT11的采样周期必须 ≥ 1秒。如果采集频率过高，传感器可能来不及完成新的测量，导致数据不准确。代码通过tim_count实现了1秒采集一次：

if(tim_count == 0)
{
    if(1 == DHT11_Read(&humity, &temperature))
    {
        // 读取失败
    }
    else
    {
        // 显示数据
    }
}
tim_count++;
tim_count = tim_count % 1000;
Delay_xms(1);  // 每1ms累加一次，1000次正好1秒

四、代码实现解析

4.1 工程结构

项目采用模块化设计：

文件	功能
main.c	主程序，OLED显示控制
dht11.c/h	DHT11驱动程序
delay.c/h	延时函数
iic.c/h	IIC通信（用于OLED）
oled.c/h	OLED显示驱动
uart.c/h	串口通信

4.2 DHT11驱动核心函数

DHT11_Start()：发送开始信号并等待响应

DHT11_Read()：读取40位数据，进行校验，返回温湿度值

4.3 延时函数的精确性

单总线通信对时序精度要求很高。代码针对11.0592MHz晶振设计了精确延时：

void Delay30us(void)  // @11.0592MHz
{
    unsigned char data i;
    i = 11;
    while (--i);
}

Delay30us()通过11次循环实现约30μs的延时，用于判断数据位是0还是1。

Delay_xms(20)实现20ms的延时，满足开始信号≥18ms的要求。

4.4 OLED显示

代码使用OLED显示屏显示温湿度数据：

OLED_ShowCHinese(0,0,0);   // 温
OLED_ShowCHinese(18,0,1);  // 湿
OLED_ShowCHinese(36,0,2);  // 度
OLED_ShowCHinese(54,0,3);  // 检
OLED_ShowCHinese(72,0,4);  // 测
OLED_ShowCHinese(90,0,5);  // 系
OLED_ShowCHinese(108,0,6); // 统

sprintf(buf,"H:%u%% T:%uC", (uint)humity, (uint)temperature);
OLED_ShowString(0,4,buf,16);

显示效果为"温湿度检测系统"标题，下方显示"H:xx% T:xxC"。

五、常见问题与调试技巧

5.1 读取失败（返回1）

可能的原因：

1. 接线错误：检查VCC、GND、DAT是否连接正确

2. 上拉电阻缺失：DAT引脚必须接上拉电阻

3. 时序不匹配：晶振频率不同导致延时不准

4. 电源不稳定：添加100nF去耦电容

5.2 数据跳变或异常

1. 采样频率过快：确保采集间隔≥1秒

2. 电源噪声：检查电源质量，靠近传感器放置去耦电容

3. 总线干扰：数据线尽量短，远离高频信号源

5.3 调试建议

1. 使用逻辑分析仪或示波器抓取总线波形，验证时序

2. 通过串口输出原始数据，观察校验和是否正确

3. 在关键位置添加LED指示，便于观察程序运行状态

六、总结

DHT11的单总线通信虽然协议简单，但对时序要求严格。理解其通信的三个阶段——开始信号、数据传输（40位）、结束信号——是成功驱动的关键。通过精确的延时控制和数据校验机制，我们可以在51单片机上稳定地读取温湿度数据。

完整的代码工程已开源，包含了DHT11驱动、OLED显示、串口输出等功能模块，可作为学习单总线通信和嵌入式开发的参考项目。