MDC02

MDC04 MDC02 202206-V3.6 MDC04 MDC02 宽测量范围、16bit ADC、0.1fF 分辨率、超低功耗、I2C/单总线接口 高精度数字电容传感芯片 1. 概述 电容型传感芯片 MDC04、MDC02 是高集成度的 数字模拟混合信号传感集成电路，芯片直接与被测 物附近的差分电容极板相连，利用不同物质介电常 数的区别，通过放大、数字转换、补偿计算电容的 微小变化来实现物质成分的传感。芯片内部集成高 精度 16bit 模数转换 ADC 电路，其电容分辨率为 0.1fF，线性度误差小于 0.3%。此外，芯片内置精 度 0.5℃的温度传感电路，可用于温度补偿及其他 温度传感场景。 MDC04、MDC02 分别为四通道、两通道测量高精 度电容调理芯片。每一通道测量电容两极之间的互 感电容，可编程固定测量范围是 0~119pF，可编 程可变调理范围±15.5pF，芯片可自动搜索最佳量 程配置。芯片测量工作方式灵活，可配置多通道测 量组合，单次测量、周期性循环测量等工作模式。 MDC04 芯片支持数字单总线和 I²C 双通信接口， MDC02 芯片支持数字单总线接口。单总线接口支 持长线缆、多节点的分布式传感。 和国内外同类产品相比，MDC04、MDC02 具有宽 测量范围、宽工作电压、低功耗、多种接口、内置 温度测量、小尺寸、低成本等优势，可用于智能小 家电液位、水箱液位、油液液位、水浸传感、食品 /土壤水分含量、冰霜检测、位移传感等应用场景。    最高测温精度：±0.5℃@0℃~50℃ 工作温度范围：-55℃~125℃ MDC04 I²C/单总线接口 MDC02 单总线接口 3. 应用         智能小家电液位 水箱液位 油液液位 水浸传感 食品水分含量 土壤水分含量 冰霜检测 位移传感 产品信息 型号 MDC04 MDC02 封装 DFN20 SOP8 尺寸 3*3*0.75mm 4.9*3.9*1.6mm 2. 特性       可配置固定测量范围：0~119pF 可配置可变测量范围：±15.5pF 芯片可自动搜索最佳量程配置 电容分辨率：0.1fF 线性误差：=001）。 00：不测量; 01：测量温度;; 10：测量电容; 11：测量温度和电容 描述 I²C Write_data_checksum: I²C 写数据校验。 0：正确；1：错误 I²C Command_status: I²C 命令状态。 0：正确； 1：错误 Sys_reset_detected: 复位信号检出。0：未检出； 1：检出 8.2. 温度转换 感温原理基于半导体 PN 节温度与带隙电压的特性关系，经过小信号放大、模数转换、数字校准补偿、输 出数字温度，具有精度高、一致性好、寿命长、功耗低、可编程配置灵活等优点。 温度数字输出为 16bit 有符号的二进制补码，最低位 LSB 分辨率为 1/256 ℃，S 为符号位，如下表所示： 表 8.2 温度寄存器格式 温度值 LSB 温度值 MSB bit7 -1 2 Bit15 S bit6 -2 2 Bit14 6 2 bit5 -3 2 Bit13 5 2 bit4 -4 2 Bit12 4 2 bit3 -5 2 Bit11 3 2 bit2 -6 2 Bit10 2 2 bit1 -7 2 Bit9 1 2 bit0 2-8 Bit8 20 输出温度数据和摄氏度的转换关系为: 下表为不同温度值与输出温度数据的对应关系。 温度值（℃） 40 40.5 125 -54.5 -55 www.mysentech.com 寄存器数值 0x0000 0x0080 0x5500 0xA180 0xA100 14 MDC04 MDC02 202206-V3.6 9. 单总线通信接口 单总线通信接口 MDC02 与 MDC04 完全相同，所以本章节将以 MDC04 为例进行阐述。 9.1. 单总线寄存器访问 Name Addr offset Temp_lsb 0 Temp_msb 1 Cap1_lsb 2 Cap1_msb Read Write EEPROM 映射 Copy Recall Reset Value NA NA NA NA H’01 Read TC1 NA NA NA NA H’F1 (0xbd) NA NA NA NA H’00 3 NA NA NA NA H’80 Reserved 4 Write 0 Reserved 5 scratchpad 1 Config 6 Read (0x4e) 2 Status 7 Scratchpad NA 3 NA Crc_scr NA (0xbe) NA NA NA Recall EE (0xb8) H’00 H’00 H’00 Read Scratchpad_ext Reserved 8-13 (0xdd) Write Scratchpad_ext 4-9 (0x77) Cap2_lsb 14 Cap2_msb 15 Cap3_lsb 16 NA Read C2-4 (0xdc) Page0 10 H’00 Copy （0x48） Recall Page0 (0xbb) H’00 NA 11 H’00 NA 12 H’00 NA 13 H’00 Cap3_msb 17 Cap4_lsb 18 NA 14 H’00 Cap4_msb 19 NA 15 H’00 Crc_scr_ext NA NA NA Romcode 20-24 NA 16-20 H’00 NA 25-27 21-23 H’00 Ch_sel 28 Cos Read Romcode (0x33) Read Ch_sel Write Ch_sel 0x8a 0xaa 29 NA 24 25 NA NA NA Recall H’00 Page1 H’00 (0xba) NA 30 26 H’00 NA 31-33 27-29 H’00 Cfb 34 30 H’00 www.mysentech.com Read Write 15 MDC04 MDC02 202206-V3.6 NA 35-38 Crc_para NA Parameters Parameters (0x8b) (0xab) 31 NA NA H’00 NA NA NA 9.2. 复位 所有与传感器的通讯都始于初始化序列，这个序列包含主机发出的一个复位脉冲，跟随一个传感器发出的 存在脉冲。图 9.2-1 解释了这一序列。当传感器发送存在脉冲以响应复位脉冲，其向主机表明它挂在总线 上，并且已经准备好运行。在初始化序列过程中，主机通过将单总线拉低至少 480 µs 来发出复位脉冲。 总线主机随后释放总线进入接收模式。当总线被释放后，上拉电阻会把总线拉高。当传感器检测到这个上 升沿，它等待 15µs 到 60µs 然后通过把单总线拉低 60µs 到 240µs 来发出存在脉冲。 图 9.2-1 初始化时序 读/写时隙 总线主机在写时隙写数据到传感器，在读时隙从传感器读数据。每个时隙在单总线上传输一个数据位。 写时隙 有两种写时隙： “写 1”时隙和“写 0”时隙。总线主机通过写 1 时隙把一个逻辑 1 写入传感器，通过写 0 时隙把一个逻辑 0 写入传感器。所有写时隙必须持续最少 60µs，并且两个写时隙之间至少有 1µs 的恢复 时间。两种写时隙都是通过主机把单总线拉低来发起（见图 9.2-2）。 要产生写 1 时隙，把单总线拉低之后，总线主机必须在 15µs 内释放单总线。总线被释放后，上拉电阻会 把总线拉高。要产生一个写 0 时隙，把单总线拉低之后，总线主机必须在整个时隙期间持续保持总线低（至 少 60µs）。 传感器在主机发起写时隙后，会在至少 15µs 到 60µs 的时间窗口内采样单总线。如果在这个采样时间窗 口总线为高，一个 1 就被写入传感器。如果总线是低，一个 0 会被写入传感器。 www.mysentech.com 16 MDC04 MDC02 202206-V3.6 图 9.2-2 读/写时隙时序 读时隙 传感器只能在主机发布读时隙期间可以传送数据到主机。所有，主机在发布 Read Scratchpad [BEh] 指 令后，必须立即产生读时隙，这样传感器才能提供所要求的数据。另外，主机可以在发布 Convert T[44h] 或 Recall E2 [B8h] 指令后产生读时隙以了解运行状态。这部分机理在传感器功能指令章节有详细解释。 所有读时隙必须持续至少 60µs，并且两个读时隙之间恢复时间不少于 1µs。读时隙的产生是通过主机拉 低单总线至少 1µs 然后释放总线来实现（见图 9.2-3）。主机发起读时隙之后，传感器会开始在总线上传输 1 或 0。传感器通过保持总线高发送 1 并通过拉低总线发送 0。当传输 0 的时候，传感器会在时隙结束时 释放总线，之后总线会被上拉电阻拉回高空闲状态。传感器的输出数据在启动时隙的下降沿后 15µs 之内 有效。所以，主机必须在时隙启动之后 15µs 之内释放总线并采样总线状态。图 9.2-3 说明了在一个读时 隙内 TINIT，TRC 和 TSAMPLE 的总和必须少于 15µs。图 9.2-4 显示了系统的时间裕度可以通过以下方法最大 化：保持 TINT 和 TRC 越短越好，以及把主机采样时间放到读时隙 15µs 周期的末尾。 www.mysentech.com 17 MDC04 MDC02 202206-V3.6 图 9.2-3 详细主机读 1 时 图 9.2-4 推荐的主机读 1 时序 9.3. ROM 指令 当总线主机检测到存在脉冲，就可以发布 ROM 指令。这些指令运作于每个从设备唯一的 64 位 ROM 编 码而且如果有多个从设备挂在单总线上，主机可以单独寻址特定的从设备。这些指令也使得主机可以决定 总线上有多少什么类型的设备。共有 5 个 ROM 指令，每个 8 位长。主设备必须在发布 MDC04 的功能指 令之前发布一个合适的 ROM 指令。 SEARCH ROM [F0h] 当系统上电初始化后，主机必须识别总线上所有从设备的 ROM 编码，这样主机才能决定从设备的数量和 类型。主机通过排除过程来识别 ROM 编码，这一过程需要主机执行 Search ROM 循环（如，Search ROM 指令跟随数据交换）反复执行直到识别所有从设备。如果总线上只有一个从设备，则可以使用简单的 Read ROM（如下）指令代替 Search ROM 指令。每次 Search ROM 循环之后，总线主机可以返回传输序列的 步骤 1（初始态）或跟随一个功能指令。 Read ROM [33h] 此指令允许总线主机读到 MDC04 的 64 位 ROM 编码。只有在总线上存在单个 MDC04 时，才能使用这 个指令。当总线上有多个 MDC04，禁止读 ROM 指令。 Match ROM [55h] www.mysentech.com 18 MDC04 MDC02 202206-V3.6 匹配 ROM 指令,后跟 64 位 ROM 编码序列，让总线主机在多点或单点总线上寻址一个特定的 MDC04。 只有 64 位 ROM 编码序列完全匹配的 MDC04 才会响应主机发出的功能指令。其他从机都将等待一个复 位脉冲。 Skip ROM [CCh] 主机可以通过该指令同时寻址总线上所有设备而无需发送任何 ROM 编码。例如，主机可以令总线上所有 MDC04 同时执行温度转换，只需发布 Skip ROM 指令跟随一个 Convert T [44h] 指令。 需要注意 Read Scratchpad [BEh] 指令只能在单一从设备挂在总线上时才能跟随 Skip ROM 指令。这种 情况下，通过允许主机无需发送 64 位设备 ROM 编码而读取从设备，可以节约时间。如果总线上有超过 一个从设备，一个 Skip ROM 指令跟随一个 Read Scratchpad 指令会导致数据冲突，因为多个设备会试 图同时传送数据。 9.4. 功能指令 当总线主机使用一个 ROM 指令寻址一个它希望与之通讯的 MDC04 之后，主机可以发布 MDC04 的功能 指令之一。这些指令允许主机从 MDC04 的暂存器写或读数据，发动温度转换以及了解供电模式。MDC04 的功能指令，如下所述，总结于下表。 功能指令 描述 代码 指令发出后单总线的活动 Convert T 启动温度转换 44h MDC04 传输转换状态给主机：读 Convert C 启动电容转换 66h Read TC1 读取温度和电容通道 1 BDh Read C2-4 读取电容通道 2、3 和 4 DCh Read Scratchpad 读取包含配置寄存器在内的所 有暂存器内容 BEh 写包含配置寄存器在内的 3 个 Write Scratchpad 字节到暂存器的字节 4，5，和 6 4Eh （0x00，0x00，配置寄存器） 时隙结果为 0，则忙；为 1，则转 换结束 MDC04 传输温度，电容 C1 各两 个字节以及 CRC MDC04 传输 C2，C3 和 C4 各两 个字节以及 CRC MDC04 传输最多 9 个字节给主 机 主机传输暂存器字节 2，3，和 4 数据给 MDC04 Read 读取包含电容通道 2、3 和 4 在 Scratchpad_ext 内的所有扩展暂存器内容 Write 写暂存器的字节 8、9、10、11、 Scratchpad_ext 12、13 Read Ch_sel 读参数暂存器的 Ch_sel 寄存器 8Ah MDC04 传输 1 字节给主机 Write Ch_sel 写参数暂存器的 Ch_sel 寄存器 AAh 主机传输 1 字节给 MDC04 Read Parameter Write Parameters Copy Page0 www.mysentech.com 读取 parameter 区域（ttrim， Cos，Cfb） 设置 parameter 区域（Ch_sel， Cos，Cfb） 从暂存器复制 00h，00h 和配置 寄存器数据到 EEPROM 备注 1 1 2 DDh 77h 8Bh ABh 48h 写 EEPROM 时间 40ms 19 MDC04 MDC02 202206-V3.6 Recall EE Recall Page1 从 EEPROM 调用配置寄存器到 暂存器 从 EEPROM 调用 Ch_sel，COS 和 CFB 到参数暂存器 B8h MDC04 传输调用状态给主机 BAh MDC04 传输调用状态给主机 CONVERT T [44h] 该指令发动一次温度转换。转换之后，采集的热数据存储在暂存器中的 2 字节的温度寄存器然后 MDC04 返回低功耗空闲状态。主机可以在 Convert T 指令后发布读时隙，然后 MDC04 会回复 0 或 1 表示温度 转换正在进行中或者已完成。 CONVERT C [66h] 该指令发动一次对所选择的电容通道同时转换。转换之后，采集的电容数据存储在相应的结果寄存器中， 然后返回低功耗空闲状态。主机可以在 Convert C 指令后发布读时隙，然后 MDC04 会回复 0 或者 1 表 示温度转换正在进行中或者已完成。 READ TC1 [BDh] 该指令允许主机读取暂存器中的温度和电容输出。MDC04 按温度低字节、温度高字节，电容通道 1 低字 节和电容通道 1 高字节的顺序传输，后跟前面 4 个字节的 CRC 校验和字节。如果只需要暂存器中的部分 数据，主机可以随时发布一个复位信号终止读取。 READ C2-4 [DCh] 该指令允许主机读取扩展暂存器中的电容通道 2，3 和 4 的输出。MDC04 按通道 3 低字节、通道 3 高字 节，电容通道 3 低字节，电容通道 3 高字节，电容通道 4 低字节，电容通道 4 高字节的顺序传输，后跟前 面 6 个字节的 CRC 校验和字节。如果只需要暂存器中的部分数据，主机可以随时发布一个复位信号终止 读取。 READ CH_SEL [8Ah] 该指令允许主机读取参数暂存器中 Ch_sel 寄存器的内容。 WRITE CH_SEL [AAh] 该指令允许主机写 1 字节数据到参数暂存器中的 Ch_sel 寄存器中。 READ PARAMETERS [8Bh] 该指令允许主机读取参数暂存器中的内容。数据传输始于字节 0 的最低位并延续遍历暂存器直到第 14 个 字节（字节 3 为 Ch_sel，字节 4 为 COS，字节 9 为 CFB，字节 13 为传输 A5h，字节 14 循环冗余验证 码）被读取。如果只需要暂存器中的部分数据，主机可以随时发布一个复位信号终止读取。 WRITE PARAMETERS [ABh] 该指令允许主机对 MDC04 参数暂存器写入 13 个字节数据。第 3 个字节被写入参数暂存器的 Ch_sel，第 4 个字节被写入参数暂存器的 COS，第 9 个字节写入参数暂存器的 CFB。数据必须先发送最低位。所有 13 个字节必须在主机发出复位信号前写入，否则数据可能损坏。 （意味主机可以在任意时刻通过复位中止 www.mysentech.com 20 MDC04 MDC02 202206-V3.6 写入）。 WRITE SCRATCHPAD [4Eh] 该指令允许主机对 MDC04 暂存器写入最多 3 个数据。第一个字节被写入 TH 寄存器（暂存器字节 2），第 二个字节被写入 TL 寄存器（暂存器字节 3），第三个字节写入配置寄存器（暂存器字节 4）。数据必须先发 送最低位。所有 3 个字节必须在主机发出复位信号前写入，否则数据可能损坏。（意味主机可以在任意时 刻通过复位中止写入）。 READ SCRATCHPAD [BEh] 该指令允许主机读取暂存器中的内容。数据传输始于字节 0 的最低位并延续遍历暂存器直到第 9 个字节 （字 节 8-循环冗余验证码）被读取。如果只需要暂存器中的部分数据，主机可以随时发布一个复位信号终止读 取。 COPY PAGE0 [48h] 该指令将暂存器中的数据（包括配置寄存器）复制到 EEPROM。 RECALL EE [B8h] 该指令从 EEPROM 中调用并替换暂存器中字节 4,5,6 中对应的数据。主机设备可以跟随 Recall EE 指令之 后发布一个读时隙，然后 MDC04 会指示调用的状态，传送 0 表示调用正在进行中传送 1 表示调用已经结 束。调用操作上电时自动执行，所以设备上电之后暂存器中就立即具备有效数据。 RECALL PAGE1 [BAh] 该指令从 EEPROM 中调用并替换参数暂存器的数据。主机设备可以跟随 RECALL PAGE1 指令之后连续发 布读时隙，然后 MDC04 会指示加载的状态，传送 0 表示加载正在进行中，传送 1 表示调用已经结束。加 载操作上电时自动执行，所以设备上电之后扩展暂存器中就立即具备有效数据。 9.5. 单总线循环冗余校验（CRC）计算 在每个数据字之后发送的 8 位 CRC 校验和由 CRC 算法生成，其属性显示在下表中。 属性 数值 名称 CRC-8/MAXIM 位宽 8位 保护数据 读/写 8 多项式 0x31 (x + x5 + x4 + 1) 初始数值 0x00 待测数据的每个字节是否按位反转 是 在计算之后，异或输出之前，整个数据是否 是 按位反转 计算结果与此参数异或 0x00 示例 CRC (0xBEEF) = 0x76 备注：ROM ID 最后两字节为 00，不可做 CRC 校验。若要兼容 Maxim CRC-8 生成多项式，可按上表实 现。 www.mysentech.com 21 MDC04 MDC02 202206-V3.6 9.6. MDC04 运行示例 9.6.1. 示例 1 在这个实例中总线上有多个 MDC04。总线主机对某个特定的 MDC04 启动温度转换之后读取其缓存器然 后重新计算循环冗余校验来验证数据。 主机模式 数据（最低位在前） 指令 发送 复位 主机发送复位脉冲 接收 存在 MDC04 通过存在脉冲响应 发送 55h 主机发送 Match ROM 指令 发送 64 位 ROM 编码 主机发送 MDC04 的 ROM 编码 发送 44h 主机发送 Convert T 指令 DQ 线保持高 主机在温度转换时间内保持 DQ 高 发送 复位 主机发送复位脉冲 接收 存在 MDC04 通过存在脉冲响应 发送 55h 主机发送 Match ROM 指令 发送 64 位 ROM 编码 主机发送 MDC04 的 ROM 编码 发送 BEh 主机发送 Read Scratchpad 指令 主机读包含循环冗余校验在内整个暂存器。然后主机重 接收 9 个数据字节 算暂存器的前 8 个字节数据的循环冗余校验并与读取的 循环冗余校验（字节 9）进行比较。如果匹配，主机继 续；否则，重复整个读操作 9.6.2. 示例 2 在这个示例里总线上只有一个 MDC04。主机读参数暂存器，修改其中的 Ch_sel，COS 和 CFB 数值，然 后再写回到 MDC04 的参数暂存器中。之后主机把暂存器的内容复制到 EEPROM。 主机模式 数据（最低位在前） 指令 发送 复位 主机发送复位脉冲 接收 存在 MDC04 通过存在脉冲响应 发送 CCh 主机发送 Skip ROM 指令 发送 8Bh 主机发送 Read Parameter 指令 发送 15 个数据字节 MDC04 发送 15 个数据字节给主机 发送 复位 主机发送复位脉冲 接收 存在 MDC04 通过存在脉冲响应 发送 CCh 主机发送 Skip ROM 指令 发送 ABh 主机发送 Write Parameter 指令 www.mysentech.com 22 MDC04 MDC02 202206-V3.6 10. 接收 13 个数据字节 主机依次发送读/修改后的 13 个字节 发送 复位 主机发送复位脉冲 接收 存在 MDC04 通过存在脉冲响应 发送 CCh 主机发送 Skip ROM 指令 发送 DQ 线保持高 主机在复制操作期间保持 DQ 高至少 40ms I²C 通信接口 10.1. I2C 寄存器访问 寄存器名称 地址 复位值 说明 读/写命令 EEPROM 写入 /读取 Temp_lsb 0 0x90 温度输出低字节 Read one byte/ ReadT - Temp_msb 1 0x01 温度输出高字节 Read one byte/ ReadT - Cap1_lsb 2 0x00 电容 1 输出低字节 Read one byte/ ReadC1 - Cap1_msb 3 0x00 电容 1 输出高字节 Read one byte/ ReadC1 - Config 6 0x00 工作配置寄存器 ReadStatusConfig/Read Copy_Page0/ one byte/Write one byte Recall EE ReadStatusConfig/Read - Status 7 0x08 系统状态寄存器 one byte/Clear Status Cap2_lsb 14 0x00 电容 2 输出低字节 Read one byte - Cap2_msb 15 0x00 电容 2 输出高字节 Read one byte - Cap3_lsb 16 0x00 电容 3 输出低字节 Read one byte - Cap3_msb 17 0x00 电容 3 输出高字节 Read one byte - Cap4_lsb 18 0x00 电容 4 输出低字节 Read one byte - Cap4_msb 19 0x00 电容 4 输出高字节 Read one byte - Ch_sel 28 0x00 通道选择寄存器 Read one byte/Write one Recall Page1 byte Cos 29 0x00 偏置电容配置寄存器 Read one byte/Write one byte Cfb 34 0x00 偏置电容范围和反馈 Read one byte/Write one 电容配置寄存器 byte 10.2. 读写指令 命令名 功能 代码 测量温度 IIC_ConvertT 0xCC44 测量电容 IIC_ConvertC 0xCC66 读温度和 C1 IIC_READ_TC1 - 读寄存器单字节 read one byte 0xD2XX 说明 IIC 读取寄存器单个字节，(XX 为 SCR 逻辑地址) 写寄存器单字节 www.mysentech.com write one byte 0x52XX IIC 写入寄存器单个字节，(XX 为 23 MDC04 MDC02 202206-V3.6 SCR 逻辑地址) 写配置寄存器 IIC_CONFIG 0x5206* 写配置寄存器 读取状态和配置寄 IIC_READ_STATUSCONFIG 0xf32d 清除状态寄存器 IIC_CLEAR_STATUS 0x3041 中止周期测量 IIC_BREAK 0x3093 偏置电容自动配置 IIC_AUTO_CALIBRATION 0xa187 自动配置最佳 Cos 软件复位 IIC_SOFT_RST 0x30a2 清 除寄 存 器 到初 始 值 ，重 新 执行 存器 EEPROM。 保 存 page0 到 IIC_COPY_PAGE0 0xcc48 恢复 ee 区域 IIC_RECALL_EE 0xccb8 恢复 page1 IIC_RECALL_PAGE1 0xccba EEPROM 10.3. 操作与通信 MDC04 支持 I²C 快速模式（频率可达 400 kHz） 。可以通过相应的用户命令启用和禁用时钟拉伸。有关 I ²C 协议的详细信息，请参阅 NXP I²C 总线规范。在向传感器发送命令之后，在传感器接收另一个命令之 前，需要 1ms 的最小等待时间。所有 MDC04 命令和数据都映射到 16 位地址空间。此外，数据和命令包 含 CRC 校验，这提高了通信可靠性。传感器发送和接收的数据总是跟随 8 位 CRC 校验和。在写操作时， 主机必须向从机发送校验和，只有收到正确的校验和，MDC04 才接受数据。在读取操作时，由主设备读 取并处理校验和。 10.3.1. 上电及通信起始 上电后，传感器需要时间 tPU 进入空闲状态。一旦进入空闲状态，就可以从主设备（微控制器）接收命令。 每个传输序列以 START 条件（S）开始，以 STOP 条件（P）结束，如 I²C 总线规范中所述。无论何时传 感器通电，但未执行测量或通信，它都会自动进入空闲状态以节省能量。 该空闲状态不能由用户控制。 10.3.2. 开始测量 测量通信序列包括 START 条件，I²C 写字头（7 位 I²C 器件地址加 0 作为写位）和 16 位测量命令。传感 器指示每个字节的正确接收。它在第 8 个 SCL 时钟的下降沿之后将 SDA 引脚拉低（ACK 位）以指示接收。 表 4-1 中描述了完整的测量周期。通过确认测量命令，MDC04 开始测量电容或温度。此外，测量重复性 和单次/连续测量模式由配置寄存器相应控制位设定。 10.3.3. 单字节读和写指令 单字节读寄存器用 0xD2XX 指令，其中的 XX，即指令的第二字节是寄存器的地址。读出的第一字节为指 定寄存器的值，第二字节为拼加的 0xFF。第三字节为前两个字节的校验和。 www.mysentech.com 24 MDC04 MDC02 202206-V3.6 指令 十六进制编码 单字节读 0xD2XX 图 10.3-1 单字节读指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 单字节写寄存器用 0x52XX 指令，其中的 XX，即指令的第二字节是寄存器的地址。写入第一字节为指定 寄存器的值，第二字节为 0xFF。第三字节为前两个字节的校验和。 指令 十六进制编码 设定配置寄存器 0x52XX 图 10.3-2 单字节写指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 10.3.4. 设定配置寄存器指令 www.mysentech.com 25 MDC04 MDC02 202206-V3.6 指令 十六进制编码 设定配置寄存器 0x5206 图 10.3-3 设定配置寄存器指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 10.3.5. 读取状态寄存器和配置寄存器指令 读取状态寄存器和配置寄存器的命令如下图所示。 指令 十六进制编码 读取状态及配置寄存器 0xF32D 图 10.3-4 读取状态寄存器及配置寄存器指令(白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 10.3.6. 复位状态寄存器指令 通过发送下表所示的命令，可以清除状态寄存器中的标志（位 3,2,1）（设置为零）。 www.mysentech.com 26 MDC04 MDC02 202206-V3.6 指令 十六进制编码 复位状态寄存器 0x3041 图 10.3-5 复位状态寄存器指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 10.3.7. 偏置电容、反馈电容和通道选择寄存器访问 偏置电容寄存器写入和读取用单字节写和读指令。 10.3.8. 单次测量模式指令 在此模式下，一个发出的测量命令 Convert C 或 Convert T 触发一次电容或温度数据的采集。在传输期 间，每个数据值始终跟随 CRC 校验和。下表中显示了 16 位命令。重复性（低，中和高）和时钟延展（启 用或禁用）可以通过修改配置寄存器实现。重复性设置影响测量持续时间，从而影响传感器的总能量消耗。 指令 十六进制编码 测量温度 0xCC44 测量电容 0xCC66 图 10.3-6 单次测量模式下的温度/电容测量指令。“SCL 空闲”块表示单通道所需转换时间（见表 7.1）。 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） www.mysentech.com 27 MDC04 MDC02 202206-V3.6 10.3.9. 连续测量模式指令 MDC04 连续测量模式通过设定配置寄存器第 2、3、4 位开启。它们在重复性（低，中和高）和数据采集 频率（每秒 0.5, 1, 2, 4 和 10 次测量）方面有所不同。在此模式下无法选择时钟延展。 数据采集频率和重复性设置会影响传感器的测量持续时间和电流消耗。第 2 部分对此进行了解释。 10.3.10. 单次和连续测量模式下读取数据 温度和电容通道 1 读取 传感器完成测量后，主机可以通过发送开始（START）条件，然后发送 I²C 读取头来读取测量结果。在读 取温度指令发出后，传感器将确认读字头的接收并发送两个字节的数据（温度），然后是一个字节的 CRC 校验和。每个字节必须由微控制器确认，并具有应答（ACK）条件，以便传感器继续发送数据。 如果传 感器在任何数据字节后没有收到来自主机的应答（ACK） ，它将不会继续发送数据。 备注：使用该指令时请关闭电容通道 2，通道 3，通道 4 在收到温度数据的校验和后，应发送非应答（NACK）和停止条件（见图 10.3-7）。 如果对后续数据不感兴趣，则 I²C 主设备可以在任何数据字节之后以非应答（NACK）条件中止读传输。 例如不读测量结果第二字节或 CRC 字节，以节省时间。 指令 十六进制编码 测量温度和电容通道 1 0x2C10 图 10.3-7 单次测量模式下的温度电容通道 1 测量指令。 “SCL 空闲”块表示温度、电容所需转换时间（表 7.1）。（白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） www.mysentech.com 28 MDC04 MDC02 202206-V3.6 时钟延展模式不开启 当关闭时钟延展时，发出测量命令后，如果温度测量尚未结束，传感器会响应非应答（NACK）的读字头。 时钟延展模式开启 时钟延展模式通过设定配置寄存器第 5 位为 1 开启。当开启时钟延展时，发出测量命令后，传感器通过应 答（ACK）响应读字头，然后拉低 SCL 线，直到测量完成。一旦测量完成，传感器就会释放 SCL 线并发 送测量结果。 10.3.11. 停止连续测量模式指令 可以使用下表中所示的停止命令停止连续测量模式。收到停止命令后，传感器将停止正在进行的测量但不 会进入单次测量模式。重新发送一遍测量指令后会再次进入连续测量模式。如果想切换至单次测量模式， 则需对配置寄存器相关控制位进行设定。 指令 十六进制编码 停止连续测量 0x3093 图 10.3-8 停止连续测量模式指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 10.3.12. 复位 通过发送命令（软复位）或拉低复位引脚（nReset 引脚），可以复位 MDC04。在上电期间，芯片内部自 动完成上电复位。在复位过程中，传感器不会处理命令。为了实现传感器的完全复位，建议使用 MDC04 的 nRESET 引脚。 接口复位 如果与设备的通信出现异常，以下信号序列将重置串行接口：在 SDA 保持高电平时，将 SCL 切换九次或 更多次。此方法必须在下一个命令之前跟随传输启动序列。 此序列仅重置接口， 状态寄存器保留其内容。 软复位/重新初始化 MDC04 提供软复位机制，可在不断电的情况下强制系统进入明确定义的状态。当系统处于空闲状态时， 可以将软复位命令发送到 MDC04。这会触发传感器重置其系统控制器并从内存重新加载校准数据。为了 启动软复位过程，应发送下表中所示的命令。 www.mysentech.com 29 MDC04 MDC02 202206-V3.6 指令 十六进制编码 软复位 0x30A2 图 10.3-9 软复位指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 硬复位 将 nReset 引脚拉低会产生类似于硬复位的复位。nReset 引脚通过上拉电阻在内部连接到 VDD，因此为 低电平有效。必须将 nReset 引脚拉低至少 1µs 才能产生传感器复位。 10.3.13. 寄存器保存和恢复指令 所有写入到寄存器的数据，如工作配置数据，都是暂存的。如果希望这些设置永久驻留，即失电后仍能保 存，需要用复制命令将这些数据存储到 EEPROM 中。 硬复位或软复位时，系统自动加载 EEPROM 数据到寄存器中。此外，也可以用恢复指令从 EEPROM 恢复 数据到寄存器中。 指令 十六进制编码 保存 page0 数据到 EEPROM 0xcc48 恢复 EE 区域 0xccb8 恢复 page1 0xccba 图 10.3-10 10.3.14. 寄存器保存和恢复位指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 自动配置偏置电容指令 通过调用该 IIC 指令，可以实现被测电容偏置的自动配置。连接被测电容，将 Cfb 寄存器的最高两位 cfb[7:6] 设置成“11”后应用该指令，芯片会自动搜索穷举出最佳的偏置电容 Co，并根据当前测量到的稳定电容 值写入到偏置电容寄存器 Cos 中，若被测电容超过最大量程，Cos 会停在 FF。 www.mysentech.com 30 MDC04 MDC02 202206-V3.6 指令 十六进制编码 自动配置电容量程 0xA187 图 10.3-11 自动配置量程指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 10.4. I2C 循环冗余校验（CRC）计算 在每个数据字之后发送的 8 位 CRC 校验和由 CRC 算法生成，其属性显示在下表中。 属性 名称 位宽 保护数据 多项式 初始数值 待测数据的每个字节是否按位反转 在计算之后，异或输出之前，整个数据是否 按位反转 计算结果与此参数异或 示例 www.mysentech.com 数值 CRC-8 8位 读/写 8 0x31 (x + x5 + x4 + 1) 0xFF 否 否 0x00 CRC (0xBEEF) = 0x92 31 MDC04 MDC02 202206-V3.6 11. 封装 11.1. MDC04 QFN20 3*3*0.75mm 产品尺寸规格图 www.mysentech.com 32 MDC04 MDC02 202206-V3.6 11.2. MDC02 SOP8 4.9*3.9*1.6mm 产品尺寸规格图 www.mysentech.com 33 MDC04 MDC02 202206-V3.6 附录一：不同电容测量范围的配置 通过访问§8.1 中寄存器 Cfb 和 Cos 来配置被测电容 Cx 的量程，其中固定偏置的电容 Co,可变的电容测量范 围 Cr, 即可测的 Cx 范围为 Co-Cr 到 Co+Cr。更多的配置寄存器方法，可参考开发板例程。 附表 1 可变电容 Cr 的配置表 Cfb[7：0] Cr（pf） Cfb[7：0] Cr （pf） Cfb [7：0] Cr（pf） Cfb[7：0] Cr（pf） C0 0.282 D0 4.788 E0 6.760 F0 11.267 C1 0.563 D1 5.070 E1 7.042 F1 11.548 C2 0.845 D2 5.352 E2 7.323 F2 11.830 C3 1.127 D3 5.633 E3 7.605 F3 12.112 C4 1.408 D4 5.915 E4 7.887 F4 12.393 C5 1.690 D5 6.197 E5 8.168 F5 12.675 C6 1.972 D6 6.478 E6 8.450 F6 12.957 C7 2.253 D7 6.760 E7 8.732 F7 13.238 C8 2.535 D8 7.042 E8 9.013 F8 13.520 C9 2.817 D9 7.323 E9 9.295 F9 13.802 CA 3.098 DA 7.605 EA 9.577 FA 14.083 CB 3.380 DB 7.887 EB 9.858 FB 14.365 CC 3.662 DC 8.168 EC 10.140 FC 14.647 CD 3.943 DD 8.450 ED 10.422 FD 14.928 CE 4.225 DE 8.732 EE 10.703 FE 15.210 CF 4.507 DF 9.013 EF 10.985 FF 15.492 附表 2 偏置电容 Co 的配置表 Cos[7:0] Coffset（pf） Cos[7:0] Coffset （pf） Cos[7:0] Coffset （pf） Cos[7:0] Coffset （pf） 00 0.00 40 32.00 80 40.00 C0 72.00 01 0.50 41 32.50 81 40.50 C1 72.50 02 1.00 42 33.00 82 41.00 C2 73.00 03 1.50 43 33.50 83 41.50 C3 73.50 04 2.00 44 34.00 84 42.00 C4 74.00 05 2.50 45 34.50 85 42.50 C5 74.50 06 3.00 46 35.00 86 43.00 C6 75.00 07 3.50 47 35.50 87 43.50 C7 75.50 08 4.00 48 36.00 88 44.00 C8 76.00 09 4.50 49 36.50 89 44.50 C9 76.50 0A 5.00 4A 37.00 8A 45.00 CA 77.00 0B 5.50 4B 37.50 8B 45.50 CB 77.50 0C 6.00 4C 38.00 8C 46.00 CC 78.00 0D 6.50 4D 38.50 8D 46.50 CD 78.50 www.mysentech.com 34 MDC04 MDC02 202206-V3.6 0E 7.00 4E 39.00 8E 47.00 CE 79.00 0F 7.50 4F 39.50 8F 47.50 CF 79.50 10 8.00 50 40.00 90 48.00 D0 80.00 11 8.50 51 40.50 91 48.50 D1 80.50 12 9.00 52 41.00 92 49.00 D2 81.00 13 9.50 53 41.50 93 49.50 D3 81.50 14 10.00 54 42.00 94 50.00 D4 82.00 15 10.50 55 42.50 95 50.50 D5 82.50 16 11.00 56 43.00 96 51.00 D6 83.00 17 11.50 57 43.50 97 51.50 D7 83.50 18 12.00 58 44.00 98 52.00 D8 84.00 19 12.50 59 44.50 99 52.50 D9 84.50 1A 13.00 5A 45.00 9A 53.00 DA 85.00 1B 13.50 5B 45.50 9B 53.50 DB 85.50 1C 14.00 5C 46.00 9C 54.00 DC 86.00 1D 14.50 5D 46.50 9D 54.50 DD 86.50 1E 15.00 5E 47.00 9E 55.00 DE 87.00 1F 15.50 5F 47.50 9F 55.50 DF 87.50 20 16.00 60 48.00 A0 56.00 E0 88.00 21 16.50 61 48.50 A1 56.50 E1 88.50 22 17.00 62 49.00 A2 57.00 E2 89.00 23 17.50 63 49.50 A3 57.50 E3 89.50 24 18.00 64 50.00 A4 58.00 E4 90.00 25 18.50 65 50.50 A5 58.50 E5 90.50 26 19.00 66 51.00 A6 59.00 E6 91.00 27 19.50 67 51.50 A7 59.50 E7 91.50 28 20.00 68 52.00 A8 60.00 E8 92.00 29 20.50 69 52.50 A9 60.50 E9 92.50 2A 21.00 6A 53.00 AA 61.00 EA 93.00 2B 21.50 6B 53.50 AB 61.50 EB 93.50 2C 22.00 6C 54.00 AC 62.00 EC 94.00 2D 22.50 6D 54.50 AD 62.50 ED 94.50 2E 23.00 6E 55.00 AE 63.00 EE 95.00 2F 23.50 6F 55.50 AF 63.50 EF 95.50 30 24.00 70 56.00 B0 64.00 F0 96.00 31 24.50 71 56.50 B1 64.50 F1 96.50 32 25.00 72 57.00 B2 65.00 F2 97.00 33 25.50 73 57.50 B3 65.50 F3 97.50 34 26.00 74 58.00 B4 66.00 F4 98.00 35 26.50 75 58.50 B5 66.50 F5 98.50 36 27.00 76 59.00 B6 67.00 F6 99.00 37 27.50 77 59.50 B7 67.50 F7 99.50 www.mysentech.com 35 MDC04 MDC02 202206-V3.6 38 28.00 78 60.00 B8 68.00 F8 100.00 39 28.50 79 60.50 B9 68.50 F9 100.50 3A 29.00 7A 61.00 BA 69.00 FA 101.00 3B 29.50 7B 61.50 BB 69.50 FB 101.50 3C 30.00 7C 62.00 BC 70.00 FC 102.00 3D 30.50 7D 62.50 BD 70.50 FD 102.50 3E 31.00 7E 63.00 BE 71.00 FE 103.00 3F 31.50 7F 63.50 BF 71.50 FF 103.50 www.mysentech.com 36