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1. 为什么STM32F1至今仍是嵌入式入门的首选平台

搞嵌入式这行十几年，我见过太多人一上来就冲着最新最强的芯片去，结果连最基本的GPIO都没玩明白。STM32F1系列，尤其是经典的STM32F103C8T6，这颗Cortex-M3内核的芯片从2007年发布到现在，依然是各大高校实验室、电子竞赛和中小企业产品开发的主力。原因很简单：资料多到泛滥、价格低到离谱、生态成熟到几乎不需要动脑子选型。

STM32F1系列覆盖了从36脚到144脚、从16KB到1MB Flash的完整产品线，核心频率72MHz，外设包括USART、SPI、I2C、ADC、定时器、CAN等，基本上你能想到的嵌入式基础外设它都有。很多人拿它做温湿度采集、电机控制、OLED显示、串口通信这些入门项目，其中最典型的就是搭配DHT11温湿度传感器做环境监测。这个组合几乎是每个嵌入式新手的“第一课”，因为它同时涉及了GPIO时序控制、单总线协议解析、串口打印输出这三个核心技能点。

这篇文章面向的是刚接触STM32或者正在做DHT11项目的朋友，我会从选型思路、开发环境搭建、DHT11时序解析、代码实现、常见问题排查这几个维度，把整个流程拆开揉碎讲清楚。不管你是学生做课设，还是工程师做快速原型验证，这套东西都能直接拿去用。

2. STM32F1系列的核心架构与选型逻辑

2.1 Cortex-M3内核到底强在哪里

STM32F1用的是ARM Cortex-M3内核，这是一颗哈佛架构的32位RISC处理器，带三级流水线，支持Thumb-2指令集。说人话就是：它能在72MHz主频下做到1.25 DMIPS/MHz的性能，同时功耗控制得相当不错。跟8位机比起来，它的优势不在于绝对算力，而在于中断响应速度和外设的丰富程度。

Cortex-M3内置了嵌套向量中断控制器（NVIC），支持最多240个中断，每个中断有16级优先级。这意味着你在做DHT11这种时序敏感的操作时，可以合理配置中断优先级，避免被其他外设打断导致数据读取失败。我实测下来，如果用SysTick做延时基准，把DHT11的读取放在主循环里，只要不同时跑太多高优先级中断，稳定性是完全没问题的。

另一个关键点是它的存储器映射。STM32F1的Flash起始地址是0x08000000，SRAM起始地址是0x20000000，外设寄存器从0x40000000开始映射。这种统一编址的方式让你可以用指针直接操作寄存器，也是为什么很多老工程师喜欢直接写寄存器而不是用库函数的原因。

2.2 型号命名规则与选型建议

STM32F1的命名规则其实很有规律，拿STM32F103C8T6举例：STM32代表产品线，F代表基础型，103是子系列，C代表48脚，8代表64KB Flash，T代表LQFP封装，6代表工业级温度范围-40到85度。

对于DHT11温湿度采集这类项目，我一般推荐这几种型号：

C8T6之所以最火，是因为它的Flash和RAM对于大多数入门项目绰绰有余，而且市面上“蓝板”和“黑板”最小系统板基本都是这个型号，价格在10块钱左右。你拿它跑DHT11加OLED显示加串口输出，资源占用不到30%，完全够用。

2.3 开发工具链的选择与取舍

开发STM32F1有几种主流方案：Keil MDK、STM32CubeIDE、IAR EWARM、PlatformIO。我个人的建议是，如果你刚开始学，直接用Keil MDK加标准外设库（SPL），因为网上90%的教程都是这个组合，遇到问题搜一下就能找到答案。虽然ST官方现在主推HAL库和CubeMX，但标准库对于理解底层寄存器操作更有帮助。

Keil MDK的安装就不多说了，重点提一下器件支持包的安装。你需要下载Keil.STM32F1xx_DFP这个Pack，安装之后才能在新建工程时选到STM32F103C8。另外，调试器我推荐用ST-Link V2，便宜好用，支持SWD接口，只需要SWCLK、SWDIO、GND、3.3V四根线就能下载和调试。

如果你习惯用开源工具，PlatformIO加VSCode也是很好的选择，它的库管理更方便，而且跨平台。不过对于DHT11这种需要精确微秒级延时的场景，PlatformIO默认的Arduino框架可能会引入额外开销，建议还是用STM32CubeMX生成底层初始化代码，然后在VSCode里写业务逻辑。

3. DHT11温湿度传感器的工作原理解析

3.1 单总线协议的本质

DHT11用的是单根数据线完成双向通信，这种协议的好处是省引脚，坏处是对时序要求极其严格。它的通信过程是这样的：主机先拉低总线至少18毫秒作为起始信号，然后释放总线，DHT11检测到起始信号后拉低总线80微秒作为响应，接着拉高80微秒准备发送数据，之后就是40位数据的传输。

每一位数据的格式是：50微秒低电平加26到28微秒高电平表示“0”，50微秒低电平加70微秒高电平表示“1”。注意这里的高电平持续时间是区分0和1的关键，而不是低电平。很多新手在这里翻车，就是因为把判断逻辑搞反了。

40位数据的排列顺序是：湿度整数部分8位、湿度小数部分8位、温度整数部分8位、温度小数部分8位、校验和8位。校验和等于前四个字节相加取低8位。DHT11的小数部分实际上一直是0，这是它的精度决定的，温度精度±2度，湿度精度±5%RH。

3.2 为什么微秒级延时如此关键

STM32F1的SysTick定时器可以产生精确的微秒级延时，但前提是你要正确配置。系统时钟72MHz的情况下，SysTick的LOAD寄存器设置为72-1，就能得到1微秒的计数周期。但这里有个坑：如果你用了RTOS或者频繁进出中断，SysTick的延时可能会被拉长。

我在实际项目中的做法是，DHT11的读取函数执行期间关闭全局中断，用__disable_irq()和__enable_irq()包起来。整个读取过程大概需要4到5毫秒，关中断这么久对大多数应用来说是可以接受的。如果你的系统对中断响应要求极高，那就需要考虑用定时器输入捕获的方式来做，不过复杂度会上升不少。

另外，DHT11的供电电压是3.3V到5.5V，STM32F1的GPIO是3.3V电平，所以直接连接没问题。但数据线需要接一个4.7K到10K的上拉电阻，否则总线释放后无法恢复到高电平。很多模块自带上拉电阻，如果你买的是裸传感器，这个电阻必须自己加。

3.3 数据读取的完整时序拆解

我把整个读取过程分成五个阶段，每个阶段的时序要求都列清楚：

1. 起始信号：主机拉低总线至少18ms，然后拉高20-40us，切换到输入模式等待DHT11响应。
2. 响应信号：DHT11检测到起始信号后，拉低总线80us，再拉高80us，表示准备发送数据。
3. 数据位低电平：每位数据都以50us低电平开始，这是数据位的起始标志。
4. 数据位高电平：低电平结束后，高电平持续26-28us表示0，持续70us表示1。
5. 结束信号：40位数据发送完毕后，DHT11拉低总线50us，然后释放总线进入空闲状态。

这里有个细节需要注意：在读取每一位数据时，你要先等待低电平结束，然后延时30us左右再采样总线电平。如果此时是高电平，说明这一位是1；如果是低电平，说明这一位是0。这个30us的采样点刚好落在0和1的高电平持续时间之间，是最稳妥的判断时机。

4. 从零搭建DHT11采集系统的完整实操

4.1 硬件连接与最小系统搭建

先列一下需要的物料：STM32F103C8T6最小系统板一块、DHT11传感器一个（裸传感器或模块都行）、ST-Link V2调试器一个、杜邦线若干、4.7K电阻一个（如果传感器不带模块板）、USB转TTL模块一个（用于看串口输出）。

接线方式如下：

• DHT11的VCC接STM32的3.3V
• DHT11的GND接STM32的GND
• DHT11的DATA接STM32的PA0（或者其他任意GPIO）
• DATA和VCC之间接4.7K上拉电阻
• ST-Link的SWCLK接PA14，SWDIO接PA13，GND和3.3V对应连接
• USB转TTL的RX接PA9（STM32的TX），TX接PA10（STM32的RX），GND共地

这里提醒一句：DHT11的DATA引脚在空闲时应该被上拉电阻拉高，如果你测量到的是低电平，说明传感器可能坏了或者接线有问题。我遇到过好几次因为杜邦线接触不良导致读取失败的情况，建议用万用表确认一下连接可靠性。

4.2 工程配置与时钟树设置

用Keil新建工程，选择STM32F103C8器件，然后在工程选项里勾选Use MicroLIB（方便printf重定向）。时钟配置方面，我用的是外部8MHz晶振，通过PLL倍频到72MHz。具体寄存器配置如下：

// 使能外部高速晶振 RCC->CR |= RCC_CR_HSEON; while(!(RCC->CR & RCC_CR_HSERDY)); // 配置PLL：HSE * 9 = 72MHz RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLMULL9; // 使能PLL RCC->CR |= RCC_CR_PLLON; while(!(RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY)); // 配置Flash等待周期 FLASH->ACR |= FLASH_ACR_LATENCY_2; // 切换系统时钟到PLL RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_PLL; while((RCC->CFGR & RCC_CFGR_SWS) != RCC_CFGR_SWS_PLL); // 配置APB1为36MHz，APB2为72MHz RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;

如果你用标准库，这些配置可以用SystemInit()函数自动完成，但理解底层原理对排查问题很有帮助。比如有一次我遇到串口波特率不对，最后发现是APB1时钟配置错了，导致USART2的时钟源频率不对。

4.3 SysTick微秒延时函数的实现

DHT11的时序要求微秒级精度，所以必须自己实现一个可靠的延时函数。我用的是SysTick轮询方式，不开启中断：

void delay_us(uint32_t us) { uint32_t temp; SysTick->LOAD = 72 * us; // 72MHz下1us需要72个计数 SysTick->VAL = 0; SysTick->CTRL = 0x01; // 使能，不开启中断，使用HCLK do { temp = SysTick->CTRL; } while((temp & 0x01) && !(temp & (1 << 16))); // 等待计数到0 SysTick->CTRL = 0x00; SysTick->VAL = 0; }

这个函数的原理很简单：设置LOAD值为72乘以微秒数，启动定时器，然后轮询COUNTFLAG标志位。注意这里没有用中断，所以不会影响其他中断的响应。但如果你在中断服务函数里调用这个延时，要小心SysTick被其他代码修改。

实测下来，这个延时函数的误差在1%以内，对于DHT11的时序要求来说完全够用。如果你需要更精确的延时，可以用定时器输入捕获来测量实际延时时间，然后做补偿。

4.4 DHT11数据读取函数的完整实现

下面是我用了很多年的DHT11读取函数，代码结构清晰，容错处理也做得比较到位：

#define DHT11_GPIO_PORT GPIOA #define DHT11_GPIO_PIN GPIO_Pin_0 // 配置GPIO方向 void DHT11_SetOutput(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_GPIO_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(DHT11_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); } void DHT11_SetInput(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_GPIO_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入 GPIO_Init(DHT11_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); } // 读取一个字节 uint8_t DHT11_ReadByte(void) { uint8_t i, byte = 0; for(i = 0; i < 8; i++) { while(!GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN)); // 等待50us低电平结束 delay_us(30); // 延时30us后采样 byte <<= 1; if(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN)) { byte |= 1; } while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN)); // 等待高电平结束 } return byte; } // 读取温湿度 uint8_t DHT11_ReadData(uint8_t *temp, uint8_t *humi) { uint8_t buf[5]; uint8_t i; __disable_irq(); // 关中断，保证时序 // 起始信号 DHT11_SetOutput(); GPIO_ResetBits(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN); delay_us(18000); // 拉低至少18ms GPIO_SetBits(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN); delay_us(30); DHT11_SetInput(); // 等待DHT11响应 if(!GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN)) { while(!GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN)); // 等待80us低电平结束 while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN)); // 等待80us高电平结束 // 读取40位数据 for(i = 0; i < 5; i++) { buf[i] = DHT11_ReadByte(); } __enable_irq(); // 校验 if(buf[0] + buf[1] + buf[2] + buf[3] == buf[4]) { *humi = buf[0]; *temp = buf[2]; return 0; // 成功 } } __enable_irq(); return 1; // 失败 }

这段代码有几个关键点：第一，起始信号拉低18ms，这个时间不能太短，否则DHT11检测不到；第二，读取字节时先等待低电平结束，再延时30us采样，这个采样点刚好在0和1的高电平持续时间之间；第三，校验和验证是必须的，如果校验失败说明数据不可信，应该丢弃重读。

4.5 串口输出与数据格式化

为了能看到温湿度数据，我们需要把读取结果通过串口打印出来。STM32F1的USART1挂在APB2上，时钟72MHz，配置波特率115200的代码如下：

void USART1_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; USART_InitTypeDef USART_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // PA9 TX GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // PA10 RX GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); USART_Cmd(USART1, ENABLE); } // printf重定向 int fputc(int ch, FILE *f) { while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET); USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch); return ch; }

主循环里每隔2秒读取一次DHT11，然后打印：

int main(void) { uint8_t temp, humi; delay_init(); USART1_Init(); printf("DHT11 Test Start\r\n"); while(1) { if(DHT11_ReadData(&temp, &humi) == 0) { printf("Temp: %d C, Humi: %d %%RH\r\n", temp, humi); } else { printf("DHT11 Read Error\r\n"); } delay_ms(2000); // DHT11采样周期不能小于1秒 } }

注意DHT11的采样周期不能小于1秒，否则传感器内部可能还没完成上一次转换，导致读取失败。我一般用2秒，既保证数据刷新率，又不会给传感器太大压力。

5. 常见问题排查与实战避坑指南

5.1 读取失败的五种典型原因

在实际项目中，DHT11读取失败是最常见的问题。我整理了一个排查表，按概率从高到低排列：

我最常遇到的是第一种和第二种。特别是用裸传感器的时候，忘记加上拉电阻导致总线无法拉高，读取函数会一直卡在等待高电平的循环里。这时候你可以用万用表测一下DATA引脚，正常空闲时应该是3.3V，如果是0V或者浮空，那就是上拉电阻的问题。

5.2 时序调试的实用技巧

如果你有示波器或者逻辑分析仪，调试DHT11会轻松很多。把探头接到DATA线上，触发方式设为下降沿，你就能看到完整的通信波形。正常的波形应该是：主机拉低18ms，然后释放，DHT11拉低80us响应，再拉高80us，接着是40位数据，每位以50us低电平开始。

如果没有示波器，可以用一个笨办法：在读取函数的每个关键节点翻转一个空闲GPIO，然后用逻辑分析仪或者另一个STM32来捕获。比如在起始信号开始时拉高PB0，在响应信号检测到时拉低PB0，这样就能大致判断时序是否正常。

还有一个技巧是，把DHT11的读取函数放在定时器中断里，用定时器的输入捕获功能来测量高电平持续时间。如果测得的高电平在26-28us之间就是0，在70us左右就是1。这种方式不依赖延时函数，抗干扰能力更强，但实现起来复杂一些。

5.3 电源噪声与长线传输的影响

DHT11对电源噪声比较敏感，如果你用开关电源供电，建议在VCC和GND之间加一个100nF的陶瓷电容。我遇到过好几次因为电源纹波太大导致读取失败的情况，加了电容之后问题就消失了。

另外，如果传感器离STM32比较远（超过20厘米），建议用屏蔽线或者双绞线，并且在接收端加一个100欧姆的电阻做阻抗匹配。长线传输会导致信号边沿变缓，影响时序判断。如果条件允许，尽量把DHT11靠近STM32放置。

5.4 多传感器组网的注意事项

有些项目需要多个DHT11同时工作，这时候不能把它们都挂在同一根总线上，因为单总线协议不支持多设备寻址。我的做法是用多个GPIO分别连接不同的DHT11，然后分时读取。每个传感器的读取间隔还是保持2秒，轮流读取的话，4个传感器8秒完成一轮，对于环境监测来说完全够用。

如果你需要更多传感器，可以考虑用I2C接口的温湿度传感器，比如SHT30或者AHT20，它们支持多设备挂载在同一总线上，通过地址区分。不过那是另一个话题了，DHT11的优势就是便宜和简单，适合入门和快速验证。

6. 从DHT11项目延伸出的STM32学习路径

6.1 下一步可以玩什么

DHT11项目跑通之后，你已经掌握了GPIO操作、微秒延时、单总线协议、串口通信这几个核心技能。接下来可以尝试把这些数据通过OLED显示出来，用I2C接口的0.96寸OLED，SSD1306驱动，网上有现成的库可以用。这样你就又学会了I2C通信。

再进一步，可以把温湿度数据通过ESP8266上传到云平台，或者用NRF24L01做无线传输。如果你对RTOS感兴趣，可以试试在FreeRTOS里创建多个任务，一个任务读DHT11，一个任务刷新OLED，一个任务处理串口命令。这样能学到任务调度和信号量的使用。

6.2 我踩过的那些坑

最后分享几个我在DHT11项目里踩过的坑，希望能帮你省点时间。第一个坑是用了HAL库的HAL_Delay()做微秒延时，结果发现最小延时是1毫秒，完全没法用。后来才知道HAL库的延时是基于SysTick中断的，精度只有毫秒级。第二个坑是在中断里调用DHT11读取函数，结果因为中断嵌套导致时序错乱，数据全是乱的。第三个坑是忘了DHT11上电后需要1秒的稳定时间，上电立刻读取会失败，加个延时就好了。

还有一个比较隐蔽的坑：如果你用Keil的软件仿真来调试DHT11，会发现读取永远失败，因为软件仿真无法模拟外部传感器的响应。DHT11的调试必须用真实硬件，配合串口打印或者示波器来观察。

6.3 关于代码风格的建议

写STM32代码，我建议把硬件相关的宏定义都放在头文件里，比如引脚号、端口号、延时参数这些。这样以后换引脚或者换芯片，只需要改头文件就行。另外，读取函数返回错误码而不是直接返回数据，这样调用者可以决定是重试还是报错。

中断优先级配置也要养成好习惯，NVIC的优先级分组建议用NVIC_PriorityGroup_2，这样抢占优先级和响应优先级各有2位，比较均衡。DHT11读取期间关中断虽然简单粗暴，但在大多数应用里是可行的，只要你的中断服务函数执行时间不太长就行。

如果你正在做DHT11相关的项目，或者刚开始学STM32F1，希望这篇文章能帮你少走点弯路。嵌入式这东西，看再多教程不如自己动手焊一块板子，代码跑起来的那一刻，所有困惑都会迎刃而解。