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DHT11/DHT22：一根线传温湿度的 40 位时序 ​

更新时间：2026-09-12。本文是「集成电路大类 · 芯片设计」入门层（beginner）数字逻辑基础第一百零三篇。它和 1-Wire/DS18B20一样只用一根数据线，但是另一套私有协议、二者不兼容。理解这种「主机发起始脉冲、从机用高低电平宽度编码」的单总线，就掌握了一大类廉价传感器的解码方法。

本文要回答的问题 ​

  • 一根数据线怎么既当时钟又当数据、还区分 0 和 1？
  • 主机的起始信号、传感器的应答脉冲各多长？
  • 40 位数据怎么排列？DHT11 和 DHT22 的精度/负数有何差别？
  • 为什么解码靠「高电平持续时间」而不能在固定时刻读电平？
  • 上拉电阻、读取间隔、校验和失败重试有哪些硬性要求？

一、接线与主从握手 ​

数据线 DATA 加 4.7~10kΩ 上拉，空闲为高；GPIO 需在「主机输出拉低」和「主机输入（被传感器/上拉驱动）」之间切换（类似开漏/三态）。通信完全由主机发起：

  1. 主机起始：把总线拉低至少 18ms（DHT11；DHT22 约 1ms 也可，常用 ≥1ms），再拉高 20~40µs 让出总线；
  2. 从机应答：传感器检测到起始后，拉低 ~80µs、再拉高 ~80µs，表示「我在、准备发」；
  3. 数据：紧接着连续发 40 位（MSB 先），发完释放总线回高。
bash
主机: ‾‾\________18ms________/‾‾\__/‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾
从机: ‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾\__80µs__/‾‾80µs‾‾\ 40 位... \‾‾
        主机起始拉低            应答(低)  应答(高)  数据位

二、40 位数据与校验 ​

连续 40 位 = 湿度 16 位 + 温度 16 位 + 校验和 8 位：

  • DHT11：湿度高字节整数、低字节小数（基本为 0，分辨率 1%RH）；温度高字节整数、低字节小数（分辨率 1°C）；
  • DHT22/AM2302：16 位湿度分辨率 0.1%RH，温度 0.1°C，温度最高位为 1 表示负温；
  • 校验和：前 4 个字节相加取低 8 位，应等于第 5 字节，不等说明时序/干扰导致读错，丢弃重试。

三、位编码：高电平的长短决定 0/1 ​

每个数据位都以一段 约 50µs 的低电平开始（前导），随后高电平的宽度携带数据：

  • 0：50µs 低 + 26~28µs 高；
  • 1：50µs 低 + 70µs 高。
bash
位0: ‾\__50µs__/‾26~28µs‾\__
位1: ‾\__50µs__/‾‾‾70µs‾‾‾\__

因此不能在某个固定时刻采样电平（时序漂移会采错），而要量「低之后那段高电平持续多久」：常见做法是检测到下降沿后延时约 40µs 越过 50µs 低段、在高段中点读电平（>短脉冲时长为 1）；更稳的是用定时器/输入捕获量每段宽度并判定（>40~50µs 记 1）。关中断或用硬件捕获，避免解码被打断。

四、工程约束与排错 ​

  • 读取节奏：DHT11 采样周期不小于 1 秒（DHT22 约 0.5~2s），连续快读会得到旧值或无应答；它不像 DS18B20 有 ROM 多机寻址，总线一般只挂一个；
  • GPIO 方向：起始阶段为输出开漏/推挽拉低，之后必须切回输入（带上拉）让传感器驱动；读前确认空闲为高；
  • 失败处理：没见到 80/80µs 应答、位超时、校验和错都要判本次失败，释放总线、等下个周期再试，必要时上拉不足（线长）会导致高电平上升缓慢、位宽判错；
  • 与 1-Wire/DS18B20对比：1-Wire 有 ROM 地址、可多挂、时隙更短、用 CRC-8；DHT 无寻址、单设备、40 位定长、用简单和校验，二者只是「单总线+上拉」形似。

与现有篇目的衔接 ​

总结 ​

一句话总结：DHT11/DHT22 是只用一根加 4.7~10kΩ 上拉数据线的廉价温湿度传感器，协议虽和 1-Wire 形似却互不兼容且无多机 ROM 寻址、一条总线通常只挂一个；通信由主机发起——先把双向 GPIO 配成输出拉低约 18ms（DHT11）再释放为输入，传感器回应约 80µs 低加 80µs 高的应答脉冲，然后连续送出湿度 16 位、温度 16 位、校验和 8 位共 40 位数据，DHT11 为整数级分辨率而 DHT22 为 0.1 单位且用温度最高位表示负值，校验方法是前四字节之和的低 8 位等于第五字节；每位都以约 50µs 低电平开头，再用随后高电平的长短区分数据（0 约 26~28µs、1 约 70µs），所以必须测量高段脉宽或延时越过 50µs 低段后在高段中点读电平，而不能在固定时刻采样，并用关中断或输入捕获保证不被打断；使用上读取间隔不小于 1 秒、注意 GPIO 方向切换和上拉、对应答缺失/位超时/校验失败统一判错丢弃下个周期重试；它与 DS18B20 的区别在于无地址、定长 40 位和简单和校验，而后者可多挂、时隙更短且用 CRC-8。