文章目录：

• MPR121电容触摸传感器调参指北 – 第一部分 总览
• MPR121电容触摸传感器调参指北 – 第二部分 充放电参数自动搜索

写在前面：MPR121的自动参数搜索功能不能帮你搜索到所有的参数，它只能帮你搜索到对电极的最优充电时间和充电电流。不过不要难过！在MPR系列上一个版本，用户必须手动指定这些参数，过程非常麻烦！这个功能已经帮我们省去了非常大一部分的工作了！而且我们也不希望自动搜索与滤波相关的参数，因为那些参数直接关系到系统对于触摸的响应时间。

如果你还没有阅读过这个文章系列的第一部分，我强烈建议你阅读后再来阅读这个部分。

本部分的参考资料： “AN3889 MPR121 Capacitance Sensing Settings”

概要

我们之前说道，MPR121检测电容的方式，是对一个电极使用一定的电流经过一段时间的充电之后，去测量这个电极的电压。那么我们怎么知道应该用多大的电流和多长的时间去充电呢？

简单来说的话，MPR121通过一个算法¹，自动搜索充电的电流和时间，使得经过这么长时间后的电极测量电压等于$\frac{V_{D D}-0.7}{V_{D D}} * 0.9$，这样当用户触摸的时候，电压的下降空间还很大，这个时候系统的灵敏度也是最大的²。这个值是TL（目标电平），另外两个值是LSL（下限，$\frac{V_{D D}-0.7}{V_{D D}} * 0.65$）和USL（上限，$\frac{V_{D D}-0.7}{V_{D D}}$），分别指定搜索的上限和下限。我的个人理解是这个算法会搜索出来一个尽量接近TL的值，但是如果实在找不到的话，某一个介于LSL和USL之间的值也是可以接受的。至于为什么是$\frac{V_{D D}-0.7}{V_{D D}}$而不是直接是$V_{D D}$，那是因为手册中指明用于测量电压的ADC（模拟数字转换器）在$0.7$伏和$V_{D D}-0.7$之间测量的数值才是有意义的³。

实际的TL，LSL和USL都是0-255之间的一个8bit整数，计算方式如下：

$$TL = \frac{V_{D D}-0.7}{V_{D D}} * 255 * 0.9$$

$$USL = \frac{V_{D D}-0.7}{V_{D D}} * 255$$

$$LSL = \frac{V_{D D}-0.7}{V_{D D}} * 255 * 0.65$$

需要注意的是，ADC测量出来的数值是一个10bit的值（0-1023），这个值与电极实际电压成正比。假设电极实际电压为$V_r$，那么ADC测量出的值是$\frac{V_r}{V_{D D}}*1024$。这个值就是之后送入两级过滤器，并作为触摸判断依据的值。

参数

在介绍参数之前，我们先建立一些这个文章系列通用的知识。我们使用的库是Adafruit官方提供的MPR121库。我们在介绍参数的时候会使用这个库中的寄存器命名方式，如果你想要自己开发库的话，请参考这个库的源代码以获取寄存器地址。

为了开启自动搜索功能，你需要调整下面这些参数为指定的值⁴：

MPR121_AUTOCONFIG0   0b00001011
MPR121_AUTOCONFIG1   0b00000000
MPR121_UPLIMIT       202
MPR121_TARGETLIMIT   182
MPR121_LOWLIMIT      131

MPR121_AUTOCONFIG0 (0x7B⁵)

这是控制自动搜索功能的第一个寄存器，其结构如下⁶：

FFI 是第一级滤波器的平均样本数，MPR121中有两处需要设置这个值，这两处的值需要相等。这个值具体的作用我们会在下一个部分讲解。

RETRY 是自动搜索功能失败后的重试次数，MPR121的手册指出在实际使用时这个值是没有必要的⁷，所以我们设置为0。

BVA 这个值控制基线初始化的值，MPR121中有两处需要设置这个值，这两处的值需要相等。这个值具体的作用我们会在第四部分讲解。我们推荐的值是0b10

ACE 控制自动搜索功能的开关，1是开。

ARE 控制自动搜索失败后是否重试，虽然我们设置不重试，但是姑且还是设置成1。

MPR121_AUTOCONFIG1 (0x7C)

这是控制自动搜索功能的第二个寄存器，其结构如下：

SCTS 控制是否跳过单独搜索每一个电极的充电时间和充电电流。由于每个电极的形状、大小有可能不一样，我们不跳过⁸，设置为0。

D6-D3 未使用，所以我们都设置为0就行。

OORIE, ARFIE, ACFIE 控制是否在自动搜索失败的情况下发送中断信号。由于我们假设不会失败，所以都设置为0。

MPR121_UPLIMIT (0x7D), MPR121_TARGETLIMIT (0x7E), MPR121_LOWLIMIT (0x7F)

这三个寄存器是自动搜索时使用的参数，如果读者使用3.3V的电压系统，那么设置上面说的那些值就可以了。如果使用的其他电压系统的话，也可以使用上一个小节给出的计算公式计算得到。

这些参数已经是最优的参数，用户在优化的时候不应该调整这一组参数。

脚注

1. 算法的具体内容手册里面没有详细解释，上面解释的是我的个人理解。如果有错误请欢迎指正。 ↩︎
2. 参考 AN3889 第7页 – “the sensitivity of the sensor is maximized by having the baseline be as high as possible for a specific baseline capacitance” ↩︎
3. 参考 AN3889 第3页 – “The valid operating range of the electrode charging source is 0.7 V to (VDD – 0.7 V)” ↩︎
4. 0bxxx这种表示方法表示一个二进制数，比如0b101对应的十进制值是5。本文章系列会用这种形式表示二进制数。 ↩︎
5. 这是寄存器的地址，也就是这个常数的值。如果你直接使用adafruit的库的话，这个地址的值可以不用了解。 ↩︎
6. 如果读者不清楚该示意图是什么意思的话，我在这里解释一下。就拿这个MPR121_AUTOCONFIG0寄存器作为例子。这个寄存器是一个8bit的寄存器。这个表格中的D7和D6指的是这个寄存器的最高两位，这两位控制了FFI的值，也就是0b00001011中下标的这两位。D5和D4这两位控制RETRY的值，也就是0b00001011中下标的这两位。 ↩︎
7. 参考 AN3889 第9页 – “The RETRY is disabled because in production systems, this will not be required.” 我的个人理解是，RETRY是在调试的时候，测试其他的auto-config参数使用的，如果其他参数已经调整正确，那么搜索不太可能失败，我们也不需要重试。 ↩︎
8. 参考 MPR121 Datasheet 第15页 – “If the electrode pattern, size, or even overlay and base material type changes from one channel to another, then using individual CDCx (and CDTx) will have a better result …” ↩︎