如何看懂时序图，以DHT21为例
- 2022 年 2 月 18 日
- 筆記
有很多传感器手册给了我们时序图，我们只要按照时序图操作就行了，还有一些是标准接口，例如SPI，IIC，UART，这些可以利用硬件提供的收发器通信，还有一些我们没有足够的接口，或者没有对应的接口与之通信，我们可以按照手册提供的时序图，利用IO来完成读写操作。完成的思路是模块化编程思想，将问题逐个分解。由大化小，实现小的功能。
比如常用的单线协议的温湿度传感器DHT21.
可以看到一共40BIT，并注意到是以8BIT为单位的，因此我们可以先规划成每次读取8BIT，读取5次，完成读取。
开始读取时候，假设传感器是空闲的，那么这个时候传感器就是在高电平，主控想要发起读取，要给传感器一个读取的信号，
这个信号就是先拉低至少500us,然后拉高20到40us.
因此这个时候，主控的IO要处于输出状态，我们可以输出1，也可以输出0，先输出1，然后输出0，将0持续的事件大于500us,然后输出1
保持20us到40us.
为了靠谱，我这里拉低持续2ms,拉高持续30us.
先设置IO的模式为输出模式。
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Write_AM2301_PIN_Init();
拉低这个端口，即输出0
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RESET_AM2301_PIN();
保持2ms，这样就满足最少500us了。
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HAL_Delay(2);
然后拉高它，输出1
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SET_AM2301_PIN();
保持30us
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rt_hw_us_delay(30);
接下来传感器就该响应这个请求了，这个时候就要让主控读取信号的模式了
读取相应，因为接下来器件会主动拉低总线80us,然后再拉高80us.
我们先切换主控的这个IO到输入模式，进行读取。然后判断
器件准备好的这个拉低拉高信号。
第一步，切断刀输入模式，准备读取IO信号
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Read_AM2301_PIN_Init();
Sensor_AnswerFlag=0;
判断是否传感器拉低了总线，拉低表示传感器要发送准备好信号了
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if(Read_AM2301_PIN()==GPIO_PIN_RESET)
{
Sensor_AnswerFlag=1;
Sys_CNT=0;
等待准备好的拉低段80us结束，并计数，看看是否超时。
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while(Read_AM2301_PIN()==GPIO_PIN_RESET)
{
if(++Sys_CNT>3000)
{
Sensor_ErrorFlag=1;
return 0;
}
}
Sys_CNT=0;
如果准备拉低状态顺利结束，再看看准备信号的拉高状态是否OK
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while(Read_AM2301_PIN()==GPIO_PIN_SET)
{
if(++Sys_CNT>3000)
{
Sensor_ErrorFlag=1;
return 0;
}
}
一切OK的话，就该读取实际的传感器输出值了。这个时候要写入到存储传感器40BIT数值的变量里了
每次读取8BIT，一共5此，所以用个循环。方到准备好的变量数组里。
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for(i=0;i<5;i++)
{
AM2301_Data = Read_AM2301_Data();
}
接下来我们还要实现什么呢，当然是基本的读取8BIT的操作了。
根据这个时序图，可以看出来什么是1，什么是0.
我们看到总线在传输数据时候，拉低都是50us,只有拉高长短不同，长的表示1，短的表示0.
因此我们读取每一位时候，只要先判断是不是低电平或者高电平，就行了。
在低电平时候我们等待，当高电平到来我们判断是否大于28us,因为26us~28us表示0，70us标志1.
所以我们找一个介于28到70us之间的判断阈值。
比如我以30us作为阈值，当低电平结束后，我延时30us,如果是0，这个时候高电平肯定结束了，
如果是1，高电平还在持续。
因此我通过这个思路判断是0还是1.
因为我要读取是8BIT，因此我用循环8次的操作。
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unsigned char Read_AM2301_Data(void)
{
unsigned char i,cnt,buffer,tmp;
//要读取8次
for (i = 0; i < 8; i++)
{
cnt=0;
//判断低电平是否结束
while(!Read_AM2301_PIN())
{
if(++cnt>=3000)
break;
}
//低电平结束后，进入高电平，开始计时30us
rt_hw_us_delay(30);
tmp=0;
//如果此时还是高电平，那么肯定是大于28us,确定是1来了，赋值1
if(Read_AM2301_PIN())
tmp=1;
cnt=0;
//等待高电平结束，号进入下一位的读取
while(Read_AM2301_PIN())
{
if(++cnt>=2000)
break;
}
//移位写入刚刚得到的1个BIT
buffer<<=1;
buffer|=tmp;
}
return buffer;
}
接下来实现什么呢?
实现读取IO状态和写高低电平。
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unsigned char Read_AM2301_PIN(void)
{
return HAL_GPIO_ReadPin(AM2301_PORT, AM2301_PIN);
}
void SET_AM2301_PIN(void)
{
HAL_GPIO_WritePin(AM2301_PORT, AM2301_PIN,GPIO_PIN_SET);
}
void RESET_AM2301_PIN(void)
{
HAL_GPIO_WritePin(AM2301_PORT, AM2301_PIN,GPIO_PIN_RESET);
}
这里我直接调用的HAL库函数，其实这么做是方便移植，如果你要去其他芯片下使用，你只需要实现这3个函数以及延时函数就行了。逻辑顺序无需修改。最后奉上源码
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#include “stm32f0xx_hal.h”
//读传感器 端口位定义，可修改
//*
#define AM2301_PIN GPIO_PIN_10
#define AM2301_PORT GPIOA
#define AM2301_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define AM2301_GPIO_CLK_DISABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_DISABLE()
unsigned char Sensor_AnswerFlag; //收到起始标志位
unsigned char Sensor_ErrorFlag; //读取传感器错误标志
unsigned int Sys_CNT;
unsigned char AM2301_Data[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
void Read_AM2301_PIN_Init(void)
{
AM2301_GPIO_CLK_ENABLE();
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
GPIO_InitStruct.Pin = AM2301_PIN;
HAL_GPIO_Init(AM2301_PORT, &GPIO_InitStruct);
}
void Write_AM2301_PIN_Init(void)
{
AM2301_GPIO_CLK_ENABLE();
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
GPIO_InitStruct.Pin = AM2301_PIN;
HAL_GPIO_Init(AM2301_PORT, &GPIO_InitStruct);
}
unsigned char Read_AM2301_PIN(void)
{
return HAL_GPIO_ReadPin(AM2301_PORT, AM2301_PIN);
}
void SET_AM2301_PIN(void)
{
HAL_GPIO_WritePin(AM2301_PORT, AM2301_PIN,GPIO_PIN_SET);
}
void RESET_AM2301_PIN(void)
{
HAL_GPIO_WritePin(AM2301_PORT, AM2301_PIN,GPIO_PIN_RESET);
}
unsigned char Read_AM2301_Data(void)
{
unsigned char i,cnt,buffer,tmp;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
cnt=0;
while(!Read_AM2301_PIN())
{
if(++cnt>=3000)
break;
}
rt_hw_us_delay(30);
tmp=0;
if(Read_AM2301_PIN())
tmp=1;
cnt=0;
while(Read_AM2301_PIN())
{
if(++cnt>=2000)
break;
}
buffer<<=1;
buffer|=tmp;
}
return buffer;
}
unsigned char Read_Sensor(void)
{
unsigned char i;
Write_AM2301_PIN_Init();
RESET_AM2301_PIN();
// rt_thread_mdelay(2);
HAL_Delay(2);
SET_AM2301_PIN();
rt_hw_us_delay(30);
SET_AM2301_PIN();
Read_AM2301_PIN_Init();
Sensor_AnswerFlag=0;
if(Read_AM2301_PIN()==GPIO_PIN_RESET)
{
Sensor_AnswerFlag=1;
Sys_CNT=0;
while(Read_AM2301_PIN()==GPIO_PIN_RESET)
{
if(++Sys_CNT>3000)
{
Sensor_ErrorFlag=1;
return 0;
}
}
Sys_CNT=0;
while(Read_AM2301_PIN()==GPIO_PIN_SET)
{
if(++Sys_CNT>3000)
{
Sensor_ErrorFlag=1;
return 0;
}
}
for(i=0;i<5;i++)
{
AM2301_Data[i] = Read_AM2301_Data();
}
}
else
{
Sensor_AnswerFlag=0;
}
return 1;
}
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作者：gaoyang9992006
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