DHT11时序(上)

DHT11的时序是其单总线（1-Wire）通信协议的核心支撑，所有温湿度数据的交互都依赖于主机（微控制器MCU）与传感器之间严格的电平切换节奏和时长约定。作为一款无独立时钟线的数字传感器，DHT11的时序设计既简化了硬件接线，又对软件层面的电平控制精度提出了明确要求——任何超出允许范围的时长偏差，都会导致通信失败或数据误读。理解其时序细节，不仅是正确驱动传感器的前提，更是排查通信故障的关键，其整体逻辑可分为“主机启动信号”“传感器应答信号”“数据传输信号”三个核心阶段，各阶段的时序参数环环相扣，共同构成完整的通信流程。

在进入具体时序阶段前，需明确DHT11的总线基础状态：单总线（DATA引脚）通过4.7kΩ~10kΩ的外部上拉电阻连接至电源，空闲状态下始终保持高电平。这一设计确保了总线电平的稳定恢复，也为时序判断提供了基准——所有有效信号的触发，均以偏离高电平的电平跳变为起点。同时，传感器上电后需经历约1秒的稳定期，在此期间内部电路完成初始化与校准数据加载，若未等待稳定即发起通信，时序逻辑会因传感器未就绪而紊乱，导致启动信号无法被识别。

主机发送启动信号是通信的起点，其核心目的是通过强制总线电平变化，告知传感器“即将进行数据交互”。具体时序流程为：主机首先将DATA引脚配置为输出模式，主动将总线拉低并保持至少18ms（实际应用中通常设计为20ms，以预留冗余量）。这一时长必须严格遵守——若拉低时间不足18ms，传感器内部的检测电路无法确认启动指令，会继续保持休眠状态，不产生任何应答；若时长过长（如超过50ms），虽不会导致传感器故障，但会增加通信延迟，影响数据更新效率。拉低时长满足要求后，主机释放总线（将DATA引脚切换为输入模式），此时总线在外部上拉电阻的作用下，从低电平逐渐恢复为高电平，这一电平跳变成为传感器检测启动信号结束的标志。

传感器的应答信号是对主机启动指令的回应，其时序设计用于确认“传感器已就绪，可传输数据”。传感器检测到总线从低电平恢复为高电平后，会在20μs~40μs内启动应答：首先主动将DATA引脚拉低，保持约80μs（允许±20μs的误差），随后释放总线，让其在10μs内恢复高电平并保持约80μs。这两段连续的“低电平-高电平”组合，构成了完整的应答信号。主机需在释放总线后的40μs内持续监测总线电平——若先检测到低电平（对应传感器拉低阶段），再检测到高电平（对应传感器释放阶段），则判定应答成功，通信可进入数据传输阶段；若未检测到完整的应答电平变化，或仅检测到单一电平，則说明传感器未就绪、总线短路或启动信号时序错误，需重新发起通信。

数据传输时序是DHT11时序中最核心的部分，40位温湿度数据（湿度整数、湿度小数、温度整数、温度小数、校验和）的传输，完全依赖于脉冲宽度编码的时序规则。每个数据位的传输均以“低电平起始+高电平编码”的形式实现，主机通过测量高电平的持续时长，来区分逻辑“0”和逻辑“1”。具体来说，传输逻辑“0”时，传感器先将DATA引脚拉低约26μs~28μs，随后释放总线，让其恢复高电平并保持约26μs~28μs，整个位周期约54μs；传输逻辑“1”时，低电平起始阶段的时长与逻辑“0”一致（26μs~28μs），但高电平保持时长延长至116μs~118μs，整个位周期约144μs。这一设计的关键在于“起始低电平时长固定”，主机可通过检测低电平的结束沿作为计时起点，再通过定时器精确测量后续高电平的持续时间——若时长落在20μs~30μs区间，则判定为逻辑“0”；若落在110μs~120μs区间，则判定为逻辑“1”。