1.DTH11外形和参数
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2. DHT11 通信方式
1. 单总线说明
DHT11 器件采用简化的单总线通信。单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、
控制均由单总线完成。设备（主机或从机）通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，
以允许设备在不发送数据时能够释放总线。 单总线通常要求外接一个约 4.7kΩ 的上拉电
阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平。由于它们是主从结构，只有主机呼叫从机
时，从机才能应答，因此主机访问器件都必须严格遵循单总线序列，如果出现序列混乱，
器件将不响应主机。
2. 单总线传送数据位定义
主机与 DHT11 之间的通讯和同步采用单总线数据格式，一次传送 40 位数据，高位先
出。数据格式为： 8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数据+8bit 温度整数数据+8bit 温度小数
数据+8bit 校验位。（其中湿度小数部分为 0）
校验位数据定义： “8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数据+8bit 温度整数数据+8bit 温度
小数数据”8bit 校验位等于所得结果的末 8 位
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接收到的 40位数据为： 00110101（湿度高八位） +00000000（湿度低八位） +00011000（温度高八位）+00000100（温度低八位） +010110001（校验位）。通过计算： 00110101+00000000+00011000+00000100=01010001 与校验位相对应，结果正确。所以其湿度温度分别为：
湿度=整数+小数=00110101+0=35H=53.0%RH
温度=整数+小数=00011000+00000100=18H+04H=24℃+0.4℃=24.4℃。
3. 数据时序图
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4 .驱动文件：
module dht11_ctrl
(
input wire sys_clk , //系统时钟，频率50MHz
input wire sys_rst_n , //复位信号，低电平有效
inout wire dht11 , //控制总线
output reg [7:0] temp_int , //温度整数部分
output reg [7:0] temp_float , //温度小数部分
output reg [7:0] humi_int , //湿度整数部分
output reg sign //输出符号位，高电平显示负号
);
//********************************************************************//
//****************** Parameter and Internal Signal *******************//
//********************************************************************//
//parameter define
parameter S_WAIT_1S = 3'd1 , //上电等待1s状态
S_LOW_18MS = 3'd2 , //主机拉低18ms，发送开始信号状态
S_DLY1 = 3'd3 , //等待20-40us状态
S_REPLY = 3'd4 , //DHT11响应80us状态
S_DLY2 = 3'd5 , //拉高等待80us状态
S_RD_DATA = 3'd6 ; //接收数据状态
parameter T_1S_DATA = 999999 ; //1s时间计数值
parameter T_18MS_DATA = 17999 ; //18ms时间计数值
//reg define
reg clk_1us ; //1us时钟，用于驱动整个模块
reg [4:0] cnt ; //时钟分频计数器
reg [2:0] state ; //状态机状态
reg [20:0] cnt_us ; //us计数器
reg dht11_out ; //总线输出数据
reg dht11_en ; //总线输出使能信号
reg [5:0] bit_cnt ; //字节计数器
reg [39:0] data_tmp ; //读出数据寄存器
reg dht11_d1 ; //总线信号打一拍
reg dht11_d2 ; //总线信号打两拍
reg [31:0] data ; //除校验位数据
reg [6:0] cnt_low ; //低电平计数器
//wire define
wire dht11_fall; //总线下降沿
wire dht11_rise; //总线上升沿
//********************************************************************//
//***************************** Main Code ****************************//
//********************************************************************//
//当使能信号为1是总线的值为DATA_out的值，为0时值为高阻态
assign dht11 = (dht11_en == 1 ) ? dht11_out : 1'bz;
//检测总线信号的上升沿下降沿
assign dht11_rise = (~dht11_d2) & (dht11_d1) ;
assign dht11_fall = (dht11_d2) & (~dht11_d1) ;
//对dht11信号打拍
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
begin
dht11_d1 <= 1'b0 ;
dht11_d2 <= 1'b0 ;
end
else
begin
dht11_d1 <= dht11 ;
dht11_d2 <= dht11_d1 ;
end
//cnt:分频计数器
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
cnt <= 5'b0;
else if(cnt == 5'd24)
cnt <= 5'b0;
else
cnt <= cnt + 1'b1;
//clk_1us：产生单位时钟为1us的时钟
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
clk_1us <= 1'b0;
else if(cnt == 5'd24)
clk_1us <= ~clk_1us;
else
clk_1us <= clk_1us;
//bit_cnt：读出数据bit位数计数器
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
bit_cnt <= 6'b0;
else if(bit_cnt == 40 && dht11_rise == 1'b1)
bit_cnt <= 6'b0;
else if(dht11_fall == 1'b1 && state == S_RD_DATA)
bit_cnt <= bit_cnt + 1'b1;
//状态机状态跳转
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
state <= S_WAIT_1S ;
else
case(state)
S_WAIT_1S:
if(cnt_us == T_1S_DATA) //上电1s后跳入起始状态
state <= S_LOW_18MS ;
else
state <= S_WAIT_1S ;
S_LOW_18MS:
if(cnt_us == T_18MS_DATA)
state <= S_DLY1 ;
else
state <= S_LOW_18MS ;
S_DLY1:
if(cnt_us == 10) //等待10us后进入下一状态
state <= S_REPLY ;
else
state <= S_DLY1 ;
S_REPLY: //上升沿到来且低电平保持时间大于70us，则跳转到下一状态
if(dht11_rise == 1'b1 && cnt_low >= 70)
state <= S_DLY2 ;
//若1ms后，dht11还没响应，则回去继续发送起始信号
else if(cnt_us >= 1000)
state <= S_LOW_18MS ;
else
state <= S_REPLY ;
S_DLY2: //下降沿到来且计数器值大于70us，则跳转到下一状态
if(dht11_fall == 1'b1 && cnt_us >= 70)
state <= S_RD_DATA ;
else
state <= S_DLY2 ;
S_RD_DATA: //读完数据后，回到起始状态
if(bit_cnt == 40 && dht11_rise == 1'b1)
state <= S_LOW_18MS ;
else
state <= S_RD_DATA ;
default:
state <= S_WAIT_1S ;
endcase
//各状态下的计数器赋值
//cnt_us:每到一个新的状态就让该计数器重新计数
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
begin
cnt_low <= 7'd0 ;
cnt_us <= 21'd0 ;
end
else
case(state)
S_WAIT_1S:
if(cnt_us == T_1S_DATA)
cnt_us <= 21'd0 ;
else
cnt_us <= cnt_us + 1'b1;
S_LOW_18MS:
if(cnt_us == T_18MS_DATA)
cnt_us <= 21'd0 ;
else
cnt_us <= cnt_us + 1'b1;
S_DLY1:
if(cnt_us == 10)
cnt_us <= 21'd0 ;
else
cnt_us <= cnt_us + 1'b1;
S_REPLY:
if(dht11_rise == 1'b1 && cnt_low >= 70)
begin
cnt_low <= 7'd0 ;
cnt_us <= 21'd0 ;
end
//当dht11发送低电平回应时，计算其低电平的持续时间
else if(dht11 == 1'b0)
begin
cnt_low <= cnt_low + 1'b1 ;
cnt_us <= cnt_us + 1'b1 ;
end
//若1ms后，dht11还没响应，则回去继续发送起始信号
else if(cnt_us >= 1000)
begin
cnt_low <= 7'd0 ;
cnt_us <= 21'd0 ;
end
else
begin
cnt_low <= cnt_low ;
cnt_us <= cnt_us + 1'b1 ;
end
S_DLY2:
if(dht11_fall == 1'b1 && cnt_us >= 70)
cnt_us <= 21'd0 ;
else
cnt_us <= cnt_us + 1'b1;
S_RD_DATA:
if(dht11_fall == 1'b1 || dht11_rise == 1'b1)
cnt_us <= 21'd0 ;
else
cnt_us <= cnt_us + 1'b1;
default:
begin
cnt_low <= 7'd0 ;
cnt_us <= 21'd0 ;
end
endcase
//各状态下的单总线赋值
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
begin
dht11_out <= 1'b0 ;
dht11_en <= 1'b0 ;
end
else
case(state)
S_WAIT_1S:
begin
dht11_out <= 1'b0 ;
dht11_en <= 1'b0 ;
end
S_LOW_18MS: //拉低总线18ms
begin
dht11_out <= 1'b0 ;
dht11_en <= 1'b1 ;
end
//后面状态释放总线即可，由DHT11操控总线
S_DLY1:
begin
dht11_out <= 1'b0 ;
dht11_en <= 1'b0 ;
end
S_REPLY:
begin
dht11_out <= 1'b0 ;
dht11_en <= 1'b0 ;
end
S_DLY2:
begin
dht11_out <= 1'b0 ;
dht11_en <= 1'b0 ;
end
S_RD_DATA:
begin
dht11_out <= 1'b0 ;
dht11_en <= 1'b0 ;
end
default:;
endcase
//data_tmp:将读出的数据寄存在data_tmp中
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
data_tmp <= 40'b0;
else if(state == S_RD_DATA && dht11_fall == 1'b1 && cnt_us<=50)
data_tmp[39-bit_cnt] <= 1'b0;
else if(state == S_RD_DATA && dht11_fall == 1'b1 && cnt_us>50)
data_tmp[39-bit_cnt] <= 1'b1;
else
data_tmp <= data_tmp;
//data_out:输出数据显示，按一次按键切换一次数据
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
data <= 32'b0;
else if(data_tmp[7:0] == data_tmp[39:32] + data_tmp[31:24] +
data_tmp[23:16] + data_tmp[15:8])
data <= data_tmp[39:8]; //若检验位正确，则数据值有效
else
data <= data;
//data_out:对数码管显示的湿度和温度进行赋值
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
begin
temp_int =0;
temp_float =0;
humi_int =0;
end
else
begin
//温度低四位显示温度小数数据
humi_int <= data[31:24]; //湿度小数位为0
temp_int <= data[15:8] ;
temp_float <= data[3:0];
end
//sign:符号位的显示
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
sign <= 1'b0;
else if(data[7] == 1'b1)
//当温度低八位最高位为1时，显示负号
sign <= 1'b1;
else
sign <= 1'b0;
endmodule
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