利用Proteus仿真STM32實現DHT11溫濕度檢測

1. 前言

Proteus是英國著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一 鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟 件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、 PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系 列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯 器。 前面文章介紹了Proteus的下載，安裝，建立工程，完成LED燈仿真運行。這篇文章在這基礎上增加串口打印，DHT11溫濕度檢測。

2. 設計程序

先使用keil軟件就將程序設計設計好，然后生成HEX文件，等待設計好原理圖后進行仿真測試。

注意: 當前使用的芯片是STM32F103。Proteus的版本是8.9

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "dht11.h"
?
/*
（3）溫濕度傳感器: DHT11
VCC--VCC
GND---GND
DAT---PA5 
*/
?
#include "stm32f10x.h"
#include 
#include 
#include "sys.h"
#include 
?
#define USART1_RX_LENGTH 1024
extern u8 USART1_RX_BUFFER[USART1_RX_LENGTH]; //保存接收數據的緩沖區
extern u32 USART1_RX_CNT; //當前接收到的數據長度
extern u8 USART1_RX_FLAG; //1表示數據接收完畢 0表示沒有接收完畢
?
#define USART2_RX_LENGTH 1024
extern u8 USART2_RX_BUFFER[USART2_RX_LENGTH]; //保存接收數據的緩沖區
extern u32 USART2_RX_CNT; //當前接收到的數據長度
extern u8 USART2_RX_FLAG; //1表示數據接收完畢 0表示沒有接收完畢
?
#define USART3_RX_LENGTH 1024
extern u8 USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_LENGTH]; //保存接收數據的緩沖區
extern u32 USART3_RX_CNT; //當前接收到的數據長度
extern u8 USART3_RX_FLAG; //1表示數據接收完畢 0表示沒有接收完畢
?
void USART1_Init(u32 baud);
void USART2_Init(u32 baud);
void USART3_Init(u32 baud);
void USARTx_StringSend(USART_TypeDef *USARTx,char *str);
void USARTx_DataSend(USART_TypeDef *USARTx,u8 *data,u32 len);
?
//定義按鍵IO口
#define KEY_S3 PAin(1) 
?
//函數聲明
void KEY_Init(void);
u8 KEY_Scan(u8 mode);
?
?
//LED定義
#define LED1 PBout(6)
#define LED2 PBout(7)
#define LED3 PBout(8)
#define LED4 PBout(9)
?
//蜂鳴器IO口定義
#define BEEP PAout(6)
?
//函數聲明
void LED_Init(void);
void BEEP_Init(void);
?
?
?
//IO方向設置
#define DHT11_IO_IN()  {GPIOA->CRL&=0XFF0FFFFF;GPIOA->CRL|=0x00800000;}
#define DHT11_IO_OUT() {GPIOA->CRL&=0XFF0FFFFF;GPIOA->CRL|=0x00300000;}
////IO操作函數                                            
#define DHT11_DQ_OUT PAout(5) //數據端口    PA5 
#define DHT11_DQ_IN  PAin(5) //數據端口    PA5
?
?
u8 DHT11_Init(void);        //初始化DHT11
u8 DHT11_Read_Data(u8 *temp,u8 *humi);//讀取溫濕度
u8 DHT11_Read_Byte(void);   //讀出一個字節
u8 DHT11_Read_Bit(void);    //讀出一個位
u8 DHT11_Check(void);       //檢測是否存在DHT11
void DHT11_Rst(void);       //復位DHT11  
?
//復位DHT11
void DHT11_Rst(void)      
{         
     DHT11_IO_OUT();   //SET OUTPUT
  DHT11_DQ_OUT=0;     //拉低DQ
  DelayMs(20);       //拉低至少18ms
  DHT11_DQ_OUT=1;     //DQ=1 
     DelayUs(30);    //主機拉高20~40us
}
//等待DHT11的回應
//返回1:未檢測到DHT11的存在
//返回0:存在
u8 DHT11_Check(void)      
{  
    u8 retry=0;
    DHT11_IO_IN();//SET INPUT    
 while (DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11會拉低40~80us
?    {
?        retry++;
?        DelayUs(1);
?    };   
?    if(retry>=100)return 1;
    else retry=0;
  while (!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11拉低后會再次拉高40~80us
?    {
?        retry++;
?        DelayUs(1);
?    };
?    if(retry>=100)return 1;   
    return 0;
}
//從DHT11讀取一個位
//返回值：1/0
u8 DHT11_Read_Bit(void)              
{
    u8 retry=0;
    while(DHT11_DQ_IN&&retry<100)//等待變為低電平
?    {
?        retry++;
?        DelayUs(1);
?    }
?    retry=0;
?    while(!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//等待變高電平
?    {
?        retry++;
?        DelayUs(1);
?    }
?    DelayUs(40);//等待40us
?    if(DHT11_DQ_IN)return 1;
?    else return 0;       ? 
?}
??
?//從DHT11讀取一個字節
?//返回值：讀到的數據
?u8 DHT11_Read_Byte(void) ? ?
?{ ? ? ? ?
? ? ?u8 i,dat;
? ? ?dat=0;
?    for (i=0;i<8;i++) 
?    {
? ?      dat<<=1; 
?     ? ?dat|=DHT11_Read_Bit();
? ?  }                        ? ?
? ? ?return dat;
?}
??
??
?//從DHT11讀取一次數據
?//temp:溫度值(范圍:0~50°)
?//humi:濕度值(范圍:20%~90%)
?//返回值：0,正常;1,讀取失敗
?u8 DHT11_Read_Data(u8 *temp,u8 *humi) ? ?
?{ ? ? ? ?
?    u8 buf[5];
?    u8 i;
?    DHT11_Rst();
?    //printf("------------------------rn");
?    if(DHT11_Check()==0)
?    {
?        for(i=0;i<5;i++)//讀取40位數據
?        {
?            buf[i]=DHT11_Read_Byte();
?        }
?        if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4])
?        {
?            *humi=buf[0];
?            *temp=buf[2];
?        }
?    }else return 1;
?    return 0;    ? ?
?}
??
??
?//初始化DHT11的IO口 DQ 同時檢測DHT11的存在
?//返回1:不存在
?//返回0:存在 ?       
?u8 DHT11_Init(void)
?{
?    RCC->APB2ENR|=1<<2; ? ?//使能PORTA口時鐘 
?    GPIOA->CRL&=0XFF0FFFFF;//PORTA.5 推挽輸出
    GPIOA->CRL|=0X00300000;
    GPIOA->ODR|=1<<5; ? ? ?//輸出1                 ? ?
?    DHT11_Rst();
?    return DHT11_Check();
?}
??
??
?/*
?函數功能:按鍵初始化
?硬件連接:PA1
?特性: 按下為低電平---沒按下高電平
?*/
?void KEY_Init(void)
?{
? ? ?//開時鐘
? ? ?RCC->APB2ENR|=1<<2;
? ? ?//配置模式
? ? ?GPIOA->CRL&=0xFFFFFF0F;
  GPIOA->CRL|=0x00000080;
  //上拉
  GPIOA->ODR|=1<<1;
?}
??
??
?/*
?函數功能:函數掃描函數
?函數參數: mode=1表示使用連續模式  mode=0使用單擊模式
?返回值:  2 3 4 5 表示具體的按鈕 ? 0表示沒有按下
?*/
?u8 KEY_Scan(u8 mode)
?{
? ? static u8 flag=1; //記錄上一次按下的狀態 
? ? if(mode)flag=1;
? ? if(flag&&(KEY_S3==0))
? ? {
? ? ? ? flag=0;
? ? ? ? delay_ms(20);
? ? ? ? if(KEY_S3==0)return 3;
? ? }
? ? else if(KEY_S3)
? ? {
? ? ? ? flag=1; 
? ? }
? ? return 0;
?}
??
??
?/*
?函數功能: LED初始化
?硬件連接: PB6 PB7 PB8 PB9
?特性: 低電平點亮
?*/
?void LED_Init(void)
?{
? ? ?//開時鐘
? ? ?RCC->APB2ENR|=1<<3;
? ? ?//配置GPIO口
? ? ?GPIOB->CRL&=0x00FFFFFF;
  GPIOB->CRL|=0x22000000;
  GPIOB->CRH&=0xFFFFFF00;
  GPIOB->CRH|=0x00000022;
  //上拉
  GPIOB->ODR|=1<<6;
? ? ?GPIOB->ODR|=1<<7;
? ? ?GPIOB->ODR|=1<<8;
? ? ?GPIOB->ODR|=1<<9;
?}
??
?/*
?函數功能: 蜂鳴器初始化
?硬件連接: PA6
?特性: 高電平響
?*/
?void BEEP_Init(void)
?{
? ? RCC->APB2ENR|=1<<2;
? ? GPIOA->CRL&=0xF0FFFFFF;
  GPIOA->CRL|=0x02000000;
}
?
?
/*
函數功能: 串口1的初始化
硬件連接: PA9(TX)  和 PA10(RX)
*/
void USART1_Init(u32 baud)
{
  /*1. 開時鐘*/
  RCC->APB2ENR|=1<<14; //USART1時鐘
? ? ?RCC->APB2ENR|=1<<2; ?//PA
? ? ?RCC->APB2RSTR|=1<<14; //開啟復位時鐘
? ? ?RCC->APB2RSTR&=~(1<<14);//停止復位
? ? ?/*2. 配置GPIO口的模式*/
? ? ?GPIOA->CRH&=0xFFFFF00F;
  GPIOA->CRH|=0x000008B0;
  /*3. 配置波特率*/
  USART1->BRR=72000000/baud;
  /*4. 配置核心寄存器*/
  USART1->CR1|=1<<5; //開啟接收中斷
? ? ?STM32_SetPriority(USART1_IRQn,1,1); //設置中斷優先級
? ? ?USART1->CR1|=1<<2; //開啟接收
? ? ?USART1->CR1|=1<<3; //開啟發送
? ? ?USART1->CR1|=1<<13;//開啟串口功能
?}
??
?/*
?函數功能: 串口2的初始化
?硬件連接: PA2(TX)  和 PA3(RX)
?*/
?void USART2_Init(u32 baud)
?{
? ? ?/*1. 開時鐘*/
? ? ?RCC->APB1ENR|=1<<17; //USART2時鐘
? ? ?RCC->APB2ENR|=1<<2; ?//PA
? ? ?RCC->APB1RSTR|=1<<17; //開啟復位時鐘
? ? ?RCC->APB1RSTR&=~(1<<17);//停止復位
? ? ?
? ? ?/*2. 配置GPIO口的模式*/
? ? ?GPIOA->CRL&=0xFFFF00FF;
  GPIOA->CRL|=0x00008B00;
  /*3. 配置波特率*/
  USART2->BRR=36000000/baud;
  /*4. 配置核心寄存器*/
  USART2->CR1|=1<<5; //開啟接收中斷
? ? ?STM32_SetPriority(USART2_IRQn,1,1); //設置中斷優先級
? ? ?USART2->CR1|=1<<2; //開啟接收
? ? ?USART2->CR1|=1<<3; //開啟發送
? ? ?USART2->CR1|=1<<13;//開啟串口功能
?}
??
?/*
?函數功能: 串口3的初始化
?硬件連接: PB10(TX)  和 PB11(RX)
?*/
?void USART3_Init(u32 baud)
?{
? ? ?/*1. 開時鐘*/
? ? ?RCC->APB1ENR|=1<<18; //USART3時鐘
? ? ?RCC->APB2ENR|=1<<3; ?//PB
? ? ?RCC->APB1RSTR|=1<<18; //開啟復位時鐘
? ? ?RCC->APB1RSTR&=~(1<<18);//停止復位
? ? ?
? ? ?/*2. 配置GPIO口的模式*/
? ? ?GPIOB->CRH&=0xFFFF00FF;
  GPIOB->CRH|=0x00008B00;
  /*3. 配置波特率*/
  USART3->BRR=36000000/baud;
  /*4. 配置核心寄存器*/
  USART3->CR1|=1<<5; //開啟接收中斷
? ? ?STM32_SetPriority(USART3_IRQn,1,1); //設置中斷優先級
? ? ?USART3->CR1|=1<<2; //開啟接收
? ? ?USART3->CR1|=1<<3; //開啟發送
? ? ?USART3->CR1|=1<<13;//開啟串口功能
?}
??
?u8 USART1_RX_BUFFER[USART1_RX_LENGTH]; //保存接收數據的緩沖區
?u32 USART1_RX_CNT=0; ?//當前接收到的數據長度
?u8 USART1_RX_FLAG=0; //1表示數據接收完畢 0表示沒有接收完畢
??
?//串口1的中斷服務函數
?void USART1_IRQHandler(void)
?{
? ? ?u8 data;
? ? ?//接收中斷
? ? ?if(USART1->SR&1<<5)
? ?  {
? ? ? ? ?TIM1->CNT=0; //清除計數器
    TIM1->CR1|=1<<0; //開啟定時器1
? ? ? ? ?data=USART1->DR; //讀取串口數據
   //  if(USART1_RX_FLAG==0) //判斷上一次的數據是否已經處理完畢
     {
      //判斷是否可以繼續接收
      if(USART1_RX_CNTSR&1<<5)
? ?  {
? ? ? ? ?TIM2->CNT=0; //清除計數器
    TIM2->CR1|=1<<0; //開啟定時器2
? ? ? ? ?data=USART2->DR; //讀取串口數據
   //  if(USART2_RX_FLAG==0) //判斷上一次的數據是否已經處理完畢
     {
      //判斷是否可以繼續接收
      if(USART2_RX_CNTSR&1<<5)
? ?  {
? ? ? ? ?TIM3->CNT=0; //清除計數器
    TIM3->CR1|=1<<0; //開啟定時器3
? ? ? ? ?data=USART3->DR; //讀取串口數據
   //  if(USART3_RX_FLAG==0) //判斷上一次的數據是否已經處理完畢
     {
      //判斷是否可以繼續接收
      if(USART3_RX_CNTDR=*str++;
    while(!(USARTx->SR&1<<7)){}
? ? }
?}
??
?/*
?函數功能: 數據發送
?*/
?void USARTx_DataSend(USART_TypeDef *USARTx,u8 *data,u32 len)
?{
? ? u32 i;
? ? for(i=0;iDR=*data++;
? ? ? ? while(!(USARTx->SR&1<<7)){}
? ? }
?}
??
?//printf函數底層函數接口
?int fputc(int c, FILE* stream)
?{
? ? ?USART1->DR=c;
  while(!(USART1->SR&1<<7)){}
? ? ?return c;
?}
??
??
?u8 dht11_temp;
?u8 dht11_humidity;
??
?int main()
?{
? ? u8 key_val;
? ? u32 time=0;
? ? LED_Init();
? ? BEEP_Init();
? ? KEY_Init();
? ? USART1_Init(115200); ? ?//串口1初始化-打印調試信息
? ? //初始化DHT11
? ? DHT11_Init();
? ? ?
? ? while(1)
? ? {
? ? ? ?key_val=KEY_Scan(0); //PA1
? ? ? ?if(key_val)
? ? ?  {
? ? ? ? ? BEEP=!BEEP;
? ? ? ? ? LED1=!LED1; ? //PB6
? ? ?  }
? ? ? ?delay_ms(5);
? ? ? ?
? ? ? ?time++;
? ? ? ?if(time>=10)
    {
    time=0;
    LED2=!LED2; //PB7
     
    //讀取溫濕度
    if(DHT11_Read_Data(&dht11_temp,&dht11_humidity))
     {
      printf("溫度讀取失敗.rn");
     }    
    printf("T:%d,H:%drn",dht11_temp,dht11_humidity);
    
    //濕度大于80以上就關閉插座
    if(dht11_humidity>80)
     {
      LED1=1;
     }
    }
  }
}
復制代碼

3. 設計電路圖

3.1 添加DHT11器件

打開Proteus，搜索DHT11元器件。

鼠標選擇空白區域，點擊鼠標右鍵，放置電源和GND。

設計好的效果如下：

3.2 添加虛擬串口終端

為了方便查看程序的串口輸出，添加一個串口終端顯示框。

在虛擬儀表模式下，選擇virtual terminal工具，然后在原理圖空白區域點擊一下就可以放virtual terminal工具。

在繪制原理圖的經常遇到連線復雜，或者布線很亂，如果元器件的引腳不方便直接與MCU單片機連接，可以采用標簽的形式或者總線方式布線。這里以串口終端演示，采用標簽方式連接IO口。

首先在坐標的菜單欄里選擇終端模式，然后鼠標點擊DEFAULT，然后在原理圖的空白區域，點擊一下鼠標左鍵，會出現一個空心的連接線條，將這個連接線條連接到元器件的IO口上就行。

放置好之后，鼠標點擊這個接線端子--空心圓圈，彈出對話框，設置連接的IO口。

然后MCU的PA9和PA10的端子上也設置好標簽名稱。

設置虛擬串口顯示器的波特率為：115200

如果在調試仿真時， Virtual Terminal無法自動彈出窗口，可以點擊菜單欄的調試，選擇恢復彈出窗口。

設置STM32芯片的晶振為:71MHZ

3.3 開始仿真