如何使用PIC16F628A单片机读取DHT11温湿度传感器

风筝

本篇文章主要介绍如何使用PIC单片机从DHT11读取湿度和温度，并将其显示在LCD显示屏上。在这个例子中，我们使用的单片机型号是PIC16F628A。

所需的内容

要完成此项目，您需要以下内容：

●    使用安装有Microchip MPLAB X IDE和XC8 v1.34编译器的计算机。

●    PIC16F628单片机

●    LCD（HD4480或类似产品）

●    DHT11传感器

●    PICkit3烧写器

●    面包板和一些连接导线。

简介

DHT11是一个湿度和温度传感器，使用一根导线发送40位数据。 前16位是湿度的整数和小数，接下来的16位是整数和温度的分数，最后8位是校验和。

要让DHT11和MCU相互通讯，需要同步它们。为了使它们同步，MCU在数据引脚上发送一个20us高脉冲的启动信号。在脉冲之后，MCU等待接收数据。在软件中，我们必须改变数据引脚的方向。您可以采用4引脚和3引脚布局的传感器，但我们使用的是3引脚版本。两者的性能没有区别，多余的引脚没有连接到任何东西。

硬件

制作小工具时要做的第一件事就是制作一个方块图。通过这种方式，您可以忽略您想要的以及您想要的方式。这是我们的小工具的框图：

◼   我们希望DHT11将数据发送到MCU。

◼   我们希望MCU处理数据并将其显示在LCD上。

◼   我们希望能够使用ICSP对MCU进行编程。

原理图布局

原理图布局分为块：

Powerblock -  将电源调节到5伏。它使用的是LM7805。

ICSP - 这是一个1x5引脚接头，连接到MCU的编程引脚。我们使用此插头对MCU进行编程。

DHT11 - 这是一个1x3引脚接头，用于固定传感器。中间引脚连接到MCU，用于数据传输。

MCU - 这是PIC16F628A，它从DHT11接收数据并将其显示在LCD上

LCD - 这是一个16x02 LCD，显示湿度和温度。

我们正在使用MCU的内部4MHz振荡器。因此，电路中没有晶体或陶瓷谐振器。

软件

安装XC8编译器时，还安装了一些头文件和源文件。 在本篇文章中，我们使用了XC8编译器附带的LCD文件：XLCD.H和一堆源文件。 为了使事情变得更容易，我将所有源文件复制到一个文件中。 在我的Ubuntu安装中，我找到了XLCD源文件：

1. /opt/microchip/xc8/v1.34/sources/pic18/plib/XLCD

复制代码

那里有10个文件，bysyxlcd.c、openxlcd.c、putrxlcd.c等等。 我将所有这些文件放在一个文件中，并将其命名为my_xlcd.c。 此文件现在包含所有函数。 myxlcd.c文件和xlcd.h文件被复制到项目文件夹中。 （xlcd.h文件位于：/opt/microchip/xc8/v1.34/include/plib）。 xlcd.h文件是一个标准文件，需要进行一些编辑。 我们需要更改MCU引脚的连接以匹配我们的设置：

1. /* DATA_PORT defines the port to which the LCD data lines are connected */
   
2. #define DATA_PORT                      PORTB
   
3. #define TRIS_DATA_PORT                 TRISB
   
4. 
   
5. /* CTRL_PORT defines the port where the control lines are connected.
   
6. * These are just samples, change to match your application.
   
7. */
   
8. #define RW_PIN   PORTAbits.RA0                   /* PORT for RW */
   
9. #define TRIS_RW  TRISAbits.TRISA0            /* TRIS for RW */
   
10. 
    
11. #define RS_PIN   PORTAbits.RA1                  /* PORT for RS */
    
12. #define TRIS_RS  TRISAbits.TRISA1            /* TRIS for RS */
    
13. 
    
14. #define E_PIN    PORTAbits.RA7                 /* PORT for D  */
    
15. #define TRIS_E   TRISAbits.TRISA7            /* TRIS for E  */

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这里，定义了LCD和MCU之间的连接。 这两个文件没有更多内容。 （my_xlcd.h和my_xlcd.c）

接下来是主程序。 它开始是一些INCLUDES、配置位、定义、变量和函数原型：

1. // INCLUDES
   
2. #include <stdio.h>               // Including Standard Input / Outputlibrary
   
3. #include <stdlib.h>              // Including Standard library function
   
4. #include <xc.h>                  // Including XC8 compiler library
   
5. #include "my_xlcd.h"            // Including my custom LCD
   
6. 
   
7. // CONFIG
   
8. #pragma config FOSC = INTOSCIO  // Oscillator Selection bits (INTRC oscillator: I/O function on RA6/OSC2/CLKOUT pin, I/O function on RA7/OSC1/CLKIN)
   
9. #pragma config WDTE = OFF       // Watchdog Timer Enable bit (WDT disabled)
   
10. #pragma config PWRTE = ON       // Power-up Timer Enable bit (PWRT enabled)
    
11. #pragma config MCLRE = ON       // RA5/MCLR pin function select (RA5/MCLR pin function is MCLR)
    
12. #pragma config BOREN = ON       // Brown-out Reset Enable bit (BOD Reset enabled)
    
13. #pragma config LVP = ON         // Low-Voltage Programming Enable bit (RB4/PGM pin has PGM function, low-voltage programming enabled)
    
14. #pragma config CPD = OFF        // Data Code Protection bit (Data memory code protection off)
    
15. #pragma config CP = OFF         // Code Protection bits (Program memory code protection off)
    
16. 
    
17. // DEFINES
    
18. #define _XTAL_FREQ 4000000          // Telling the compiler, that we are using 4MHz
    
19. #define data PORTAbits.RA2          // Defining RA0 as datapin
    
20. #define data_dir TRISAbits.TRISA2   // Definig TRISA0 as dataport
    
21. 
    
22. // GLOBAL VARIABLES
    
23. char message1[] = "Temp = 00.0 c";
    
24. char message2[] = "RH   = 00.0 %";
    
25. unsigned short TOUT = 0, CheckSum, i;
    
26. unsigned short T_Byte1, T_Byte2, RH_Byte1, RH_Byte2;
    
27. 
    
28. // PROTOTYES
    
29. void init_XLCD(void);
    
30. void DelayFor18TCY(void);
    
31. void DelayPORXLCD(void);
    
32. void DelayXLCD(void);
    
33. void Delay10KTCYx(unsigned char);
    
34. void StartSignal(void);
    
35. unsigned short ReadByte();
    
36. unsigned short CheckResponse();

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然后我们开始写相关函数。 为了使LCD与MCU一起工作，我们需要写一些延迟函数。 在XLCD.H文件的顶部，声明：

  * - 用户必须提供三个延迟例程：

  * - DelayFor18TCY()提供18 Tcy的延迟

  * - DelayPORXLCD()提供至少15ms的延迟

  * - DelayXLCD()提供至少5ms的延迟

我们需要添加第四个延迟函数，Delay10KTCYx

以下是LCD的初始化函数和延迟函数：

1. // FUNCTIONS
   
2. void init_XLCD(void){
   
3.     OpenXLCD(FOUR_BIT & LINES_5X7);     // Sets 4-bit & 5x7 charachters
   
4.     while(BusyXLCD());                  // Checks if LCD is busy
   
5.     WriteCmdXLCD(0x06);                 // Moves cursor right
   
6.     WriteCmdXLCD(0x0C);                 // Display on, cursor off
   
7. }
   
8. 
   
9. void DelayFor18TCY(void){               // as it says in the XLCD.H file
   
10.     NOP(); NOP(); NOP(); NOP(); NOP(); NOP(); NOP();
    
11.     NOP(); NOP(); NOP(); NOP(); NOP(); NOP(); NOP();
    
12.     return;
    
13. }
    
14. 
    
15. void DelayPORXLCD(void){               // as it says in the XLCD.H file
    
16.     __delay_ms(15);
    
17. }
    
18. 
    
19. void DelayXLCD(void){                 // as it says in the XLCD.H file
    
20.     __delay_ms(5);
    
21. }
    
22. 
    
23. void Delay10KTCYx(unsigned char){     // as it says in the XLCD.H file
    
24.     __delay_ms(10);
    
25. }

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接下来是Start signal、Readbyte和CheckResponse函数：

1. void StartSignal(){
   
2.     data_dir = 0;       // Sets TRISA2 to output
   
3.     data = 0;           // Set RA2 to LOW
   
4.     __delay_ms(18);     // Waits for 18 ms
   
5.     data = 1;           // Sets RA2 HIGH
   
6.     __delay_us(20);     // Waits for 20 ms
   
7.     data_dir = 1;       // Sets TRISA2 to input
   
8. }
   
9. 
   
10. unsigned short ReadByte(){
    
11.     unsigned short num = 0, t;
    
12.     data_dir = 1;                       // Sets TRISA2 to input
    
13.     for (i=0;i<8;i++){                  // Start loop
    
14.         while(!data);                   // When data is not valid
    
15.         TMR2 = 0;                       // Sets TMR2 to 0
    
16.         T2CONbits.TMR2ON = 1;           // Start TMR2 from 0 when a low to high data pulse
    
17.         while(data);                    // is detected, and wait until it falls low again
    
18.         T2CONbits.TMR2ON = 0;           // Stop the TMR2 when the data pulse falls low
    
19.         if(TMR2>40) num |= 1 << (7-i);  // If time > 40us, data is 1
    
20.         }
    
21.     return num;                         // Return 8-bit = 1-byte
    
22. }
    
23. 
    
24. unsigned short CheckResponse(){
    
25.     TOUT = 0;
    
26.     TMR2 = 0;
    
27.     T2CONbits.TMR2ON = 1;       // Turn on TMR2
    
28.     while(!data && !TOUT);      // While NOT data and NOT TOUT
    
29.     if (TOUT) return 0;         // Return 0 => OK
    
30.     else {
    
31.         TMR2 = 0;               // Disable Timer 2
    
32.         while(data && !TOUT);   // While data and NOT TOUT
    
33.         if(TOUT) return 0;      // If Tout = 1 then return 0 => OK
    
34.         else {
    
35.             T2CONbits.TMR2ON = 0;   // Turn off TMR2
    
36.             return 1;               // Return 1 => NOT OK   
    
37.         }
    
38.     }
    
39. }

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为了掌握MCU何时发送启动信号，以及当DHT11完成40位时，我们需要一个中断函数：

1. void interrupt tc_int(void){
   
2.     if(PIR1bits.TMR2IF){            // If TMR2 to PR2 match Interrupt Flag     
   
3.         TOUT = 1;
   
4.         T2CONbits.TMR2ON = 0;       // Stop timer
   
5.         PIR1bits.TMR2IF = 0;        // Clear TMR0 interrupt flag
   
6.     }
   
7. }

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最后我们需要main程序：

1. int main(int argc, char** argv) {
   
2.     unsigned short check;
   
3.     TRISB = 0b00000000;         // TRISB output
   
4.     PORTB = 0b00000000;         // PORTB low
   
5.     TRISA = 0b00000001;         // TRISA output
   
6.     PORTA = 0b00000000;         // PORTA low
   
7.    
   
8.     CMCON = 0x07;               // Comparators off
   
9.    
   
10.     // TIMER
    
11.     INTCONbits.GIE = 1;         // Enable global interrupt
    
12.     INTCONbits.PEIE = 1;        // Enable peripheral interrupt
    
13.     PIE1bits.TMR2IE = 1;        // Enable Timer2 interrupt
    
14.     T2CON = 0;                  // Prescaler 1:1 and Timer2 is off initially
    
15.     PIR1bits.TMR2IF = 0;        // Clear TMR INT flag bit
    
16.     TMR2 = 0;
    
17.    
    
18.     init_XLCD();                // Initialize the LCD
    
19.     putrsXLCD("  Hello World.");    // Welcome text
    
20.     SetDDRamAddr(0x40);             // Move cursor to line 2
    
21.     putrsXLCD("  I'm alive.");
    
22.     __delay_ms(250);
    
23.     do {
    
24.         __delay_ms(1000);
    
25.         StartSignal();              // Send the Startsignal
    
26.         check = CheckResponse();    // Assign check with 0 = OK, or 1 = NOT OK
    
27.         if(!check) {                // OK check = 1 => NOT OK
    
28.             WriteCmdXLCD(0x01);     // Clear screen, set cursor in 0,0   
    
29.             putrsXLCD("No response.");  // Write error message
    
30.             SetDDRamAddr(0x40);         
    
31.             putrsXLCD("Please check.");
    
32.             }
    
33.         else {                      // IF chack = 0 => OK
    
34.    
    
35.         RH_Byte1 = ReadByte();      // Read first byte
    
36.         RH_Byte2 = ReadByte();      // Read second byte
    
37.         T_Byte1 = ReadByte();       // Read third byte
    
38.         T_Byte2 = ReadByte();       // Read fourth byte
    
39.         CheckSum = ReadByte();      // Read checksum
    
40.         // Checks if all bytes is equal to the checksum
    
41.         if (CheckSum == ((RH_Byte1 + RH_Byte2 + T_Byte1 + T_Byte2) & 0xFF))
    
42.         {
    
43.             message1[7] = T_Byte1/10 + 48;      // Extract the tens place
    
44.             message1[8] = T_Byte1 + 48;      // Extract the ones place
    
45.             message1[10]= T_Byte2/10 + 48;      // Extract the decimal
    
46.             message1[11] = 223;                 // ASCII code for degree symbol         
    
47.             message2[7] = RH_Byte1/10 + 48;     // Extract the tens place
    
48.             message2[8] = RH_Byte1 + 48;     // Extract the ones place
    
49.             message2[10] = RH_Byte2/10 + 48;    // Extract the decimal
    
50. 
    
51.             WriteCmdXLCD(0x01);
    
52.             putrsXLCD(message1);    // Write the temp to LCD
    
53.             SetDDRamAddr(0x40);
    
54.             putrsXLCD(message2);    // Write the humidity to LCD
    
55.         }
    
56.         else {                      // Checksum is not correct
    
57.             WriteCmdXLCD(0x01);
    
58.             putrsXLCD("Checksum error!");
    
59.             SetDDRamAddr(0x40);
    
60.             putrsXLCD("Please wait.");
    
61.         }      
    
62.         }
    
63.     } while (1);    // Do it forever.
    
64. }

复制代码

以上是使用PIC单片机读取DHT11数据的一种方法。

总结

我们使用PIC16F628A单片机读取DHT11温湿度传感器，然后在LCD上显示温度和湿度。 您可以通过一些代码调整以适合您喜欢的MCU。