利用Proteus仿真STM32实现DHT11温湿度检测
1. 前言
Proteus是英国著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一 键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软 件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持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 列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译 器。 前面文章介绍了Proteus的下载，安装，建立工程，完成LED灯仿真运行。这篇文章在这基础上增加串口打印，DHT11温湿度检测。
2. 设计程序
先使用keil软件就将程序设计设计好，然后生成HEX文件，等待设计好原理图后进行仿真测试。
注意: 当前使用的芯片是STM32F103。Proteus的版本是8.9
#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "dht11.h"
/*
（3）温湿度传感器: 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]; //保存接收数据的缓冲区
extern u32 USART1_RX_CNT; //当前接收到的数据长度
extern u8 USART1_RX_FLAG; //1表示数据接收完毕 0表示没有接收完毕
#define USART2_RX_LENGTH 1024
extern u8 USART2_RX_BUFFER[USART2_RX_LENGTH]; //保存接收数据的缓冲区
extern u32 USART2_RX_CNT; //当前接收到的数据长度
extern u8 USART2_RX_FLAG; //1表示数据接收完毕 0表示没有接收完毕
#define USART3_RX_LENGTH 1024
extern u8 USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_LENGTH]; //保存接收数据的缓冲区
extern u32 USART3_RX_CNT; //当前接收到的数据长度
extern u8 USART3_RX_FLAG; //1表示数据接收完毕 0表示没有接收完毕
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);
//定义按键IO口
#define KEY_S3 PAin(1)
//函数声明
void KEY_Init(void);
u8 KEY_Scan(u8 mode);
//LED定义
#define LED1 PBout(6)
#define LED2 PBout(7)
#define LED3 PBout(8)
#define LED4 PBout(9)
//蜂鸣器IO口定义
#define BEEP PAout(6)
//函数声明
void LED_Init(void);
void BEEP_Init(void);
//IO方向设置
#define DHT11_IO_IN() {GPIOA->CRL&=0XFF0FFFFF;GPIOA->CRL|=0x00800000;}
#define DHT11_IO_OUT() {GPIOA->CRL&=0XFF0FFFFF;GPIOA->CRL|=0x00300000;}
////IO操作函数
#define DHT11_DQ_OUT PAout(5) //数据端口 PA5
#define DHT11_DQ_IN PAin(5) //数据端口 PA5
u8 DHT11_Init(void); //初始化DHT11
u8 DHT11_Read_Data(u8 *temp,u8 *humi);//读取温湿度
u8 DHT11_Read_Byte(void); //读出一个字节
u8 DHT11_Read_Bit(void); //读出一个位
u8 DHT11_Check(void); //检测是否存在DHT11
void DHT11_Rst(void); //复位DHT11
//复位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); //主机拉高20~40us
}
//等待DHT11的回应
//返回1:未检测到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会拉低40~80us
{
retry++;
DelayUs(1);
};
if(retry>=100)return 1;
else retry=0;
while (!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11拉低后会再次拉高40~80us
{
retry++;
DelayUs(1);
};
if(retry>=100)return 1;
return 0;
}
//从DHT11读取一个位
//返回值：1/0
u8 DHT11_Read_Bit(void)
{
u8 retry=0;
while(DHT11_DQ_IN&&retry<100)//等待变为低电平
{
retry++;
DelayUs(1);
}
retry=0;
while(!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//等待变高电平
{
retry++;
DelayUs(1);
}
DelayUs(40);//等待40us
if(DHT11_DQ_IN)return 1;
else return 0;
}
//从DHT11读取一个字节
//返回值：读到的数据
u8 DHT11_Read_Byte(void)
{
u8 i,dat;
dat=0;
for (i=0;i<8;i++)
{
dat<<=1;
dat|=DHT11_Read_Bit();
}
return dat;
}
//从DHT11读取一次数据
//temp:温度值(范围:0~50°)
//humi:湿度值(范围:20%~90%)
//返回值：0,正常;1,读取失败
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++)//读取40位数据
{
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 同时检测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口时钟
GPIOA->CRL&=0XFF0FFFFF;//PORTA.5 推挽输出
GPIOA->CRL|=0X00300000;
GPIOA->ODR|=1<<5; //输出1
DHT11_Rst();
return DHT11_Check();
}
/*
函数功能:按键初始化
硬件连接:PA1
特性: 按下为低电平---没按下高电平
*/
void KEY_Init(void)
{
//开时钟
RCC->APB2ENR|=1<<2;
//配置模式
GPIOA->CRL&=0xFFFFFF0F;
GPIOA->CRL|=0x00000080;
//上拉
GPIOA->ODR|=1<<1;
}
/*
函数功能:函数扫描函数
函数参数: mode=1表示使用连续模式 mode=0使用单击模式
返回值: 2 3 4 5 表示具体的按钮 0表示没有按下
*/
u8 KEY_Scan(u8 mode)
{
static u8 flag=1; //记录上一次按下的状态
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;
}
/*
函数功能: LED初始化
硬件连接: PB6 PB7 PB8 PB9
特性: 低电平点亮
*/
void LED_Init(void)
{
//开时钟
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;
}
/*
函数功能: 蜂鸣器初始化
硬件连接: PA6
特性: 高电平响
*/
void BEEP_Init(void)
{
RCC->APB2ENR|=1<<2;
GPIOA->CRL&=0xF0FFFFFF;
GPIOA->CRL|=0x02000000;
}
/*
函数功能: 串口1的初始化
硬件连接: PA9(TX) 和 PA10(RX)
*/
void USART1_Init(u32 baud)
{
/*1. 开时钟*/
RCC->APB2ENR|=1<<14; //USART1时钟
RCC->APB2ENR|=1<<2; //PA
RCC->APB2RSTR|=1<<14; //开启复位时钟
RCC->APB2RSTR&=~(1<<14);//停止复位
/*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; //开启接收中断
STM32_SetPriority(USART1_IRQn,1,1); //设置中断优先级
USART1->CR1|=1<<2; //开启接收
USART1->CR1|=1<<3; //开启发送
USART1->CR1|=1<<13;//开启串口功能
}
/*
函数功能: 串口2的初始化
硬件连接: PA2(TX) 和 PA3(RX)
*/
void USART2_Init(u32 baud)
{
/*1. 开时钟*/
RCC->APB1ENR|=1<<17; //USART2时钟
RCC->APB2ENR|=1<<2; //PA
RCC->APB1RSTR|=1<<17; //开启复位时钟
RCC->APB1RSTR&=~(1<<17);//停止复位
/*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; //开启接收中断
STM32_SetPriority(USART2_IRQn,1,1); //设置中断优先级
USART2->CR1|=1<<2; //开启接收
USART2->CR1|=1<<3; //开启发送
USART2->CR1|=1<<13;//开启串口功能
}
/*
函数功能: 串口3的初始化
硬件连接: PB10(TX) 和 PB11(RX)
*/
void USART3_Init(u32 baud)
{
/*1. 开时钟*/
RCC->APB1ENR|=1<<18; //USART3时钟
RCC->APB2ENR|=1<<3; //PB
RCC->APB1RSTR|=1<<18; //开启复位时钟
RCC->APB1RSTR&=~(1<<18);//停止复位
/*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; //开启接收中断
STM32_SetPriority(USART3_IRQn,1,1); //设置中断优先级
USART3->CR1|=1<<2; //开启接收
USART3->CR1|=1<<3; //开启发送
USART3->CR1|=1<<13;//开启串口功能
}
u8 USART1_RX_BUFFER[USART1_RX_LENGTH]; //保存接收数据的缓冲区
u32 USART1_RX_CNT=0; //当前接收到的数据长度
u8 USART1_RX_FLAG=0; //1表示数据接收完毕 0表示没有接收完毕
//串口1的中断服务函数
void USART1_IRQHandler(void)
{
u8 data;
//接收中断
if(USART1->SR&1<<5)
{
TIM1->CNT=0; //清除计数器
TIM1->CR1|=1<<0; //开启定时器1
data=USART1->DR; //读取串口数据
// if(USART1_RX_FLAG==0) //判断上一次的数据是否已经处理完毕
{
//判断是否可以继续接收
if(USART1_RX_CNTSR&1<<5)
{
TIM2->CNT=0; //清除计数器
TIM2->CR1|=1<<0; //开启定时器2
data=USART2->DR; //读取串口数据
// if(USART2_RX_FLAG==0) //判断上一次的数据是否已经处理完毕
{
//判断是否可以继续接收
if(USART2_RX_CNTSR&1<<5)
{
TIM3->CNT=0; //清除计数器
TIM3->CR1|=1<<0; //开启定时器3
data=USART3->DR; //读取串口数据
// if(USART3_RX_FLAG==0) //判断上一次的数据是否已经处理完毕
{
//判断是否可以继续接收
if(USART3_RX_CNTDR=*str++;
while(!(USARTx->SR&1<<7)){}
}
}
/*
函数功能: 数据发送
*/
void USARTx_DataSend(USART_TypeDef *USARTx,u8 *data,u32 len)
{
u32 i;
for(i=0;iDR=*data++;
while(!(USARTx->SR&1<<7)){}
}
}
//printf函数底层函数接口
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-打印调试信息
//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
//读取温湿度
if(DHT11_Read_Data(&dht11_temp,&dht11_humidity))
{
printf("温度读取失败.rn");
}
printf("T:%d,H:%drn",dht11_temp,dht11_humidity);
//湿度大于80以上就关闭插座
if(dht11_humidity>80)
{
LED1=1;
}
}
}
}
复制代码
3. 设计电路图
3.1 添加DHT11器件
打开Proteus，搜索DHT11元器件。
鼠标选择空白区域，点击鼠标右键，放置电源和GND。
设计好的效果如下：
3.2 添加虚拟串口终端
为了方便查看程序的串口输出，添加一个串口终端显示框。
在虚拟仪表模式下，选择virtual terminal工具，然后在原理图空白区域点击一下就可以放virtual terminal工具。
在绘制原理图的经常遇到连线复杂，或者布线很乱，如果元器件的引脚不方便直接与MCU单片机连接，可以采用标签的形式或者总线方式布线。这里以串口终端演示，采用标签方式连接IO口。
首先在坐标的菜单栏里选择终端模式，然后鼠标点击DEFAULT，然后在原理图的空白区域，点击一下鼠标左键，会出现一个空心的连接线条，将这个连接线条连接到元器件的IO口上就行。
放置好之后，鼠标点击这个接线端子--空心圆圈，弹出对话框，设置连接的IO口。
然后MCU的PA9和PA10的端子上也设置好标签名称。
设置虚拟串口显示器的波特率为：115200
如果在调试仿真时， Virtual Terminal无法自动弹出窗口，可以点击菜单栏的调试，选择恢复弹出窗口。
设置STM32芯片的晶振为:71MHZ
3.3 开始仿真
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Gui_DrawFont_GBK16(90,47,BLUE,GRAY0,buff_2);
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}
}
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