Протокол NEC: биты, адрес и команда

Кухонный ночник неделю слушался пульта безупречно — пока однажды не зажёгся сам. Я в соседней комнате крутил громкость музыкального центра, а у ночника в таблице кодов на команде 21 сидело включение света. Команды совпали: и центр, и ночник видели один и тот же байт. Досаднее всего было то, что пульт центра я держал спиной к ночнику — он даже не светил в его сторону, кадр добрался по отражению от белого потолка.

Разбор этого полтергейста и есть тема урока. У NEC внутри каждого кадра лежат не только 8 бит команды, но и 8 бит адреса — паспорт устройства, для которого кадр предназначен. Ночник игнорировал адрес и потому слушался всех подряд.

Разберём кадр NEC до последнего бита: чем отличается бит 0 от бита 1 на линии, зачем в посылке две инверсии, откуда берётся кадр-повтор и как за одну проверку отучить плату реагировать на чужие пульты. Обещание на конец урока: адрес любого пульта в доме вы сможете снять за пять минут и вписать в скетч одной строкой.

Секрет NEC в том, что все вспышки на линии одинаковые: каждая начинается пачкой несущей 38 кГц длительностью 560 мкс, и глазом от бита к биту не отличишь. Пачечная структура — не украшение: солнцу и лампам притвориться прерывистым светом с такой частотой не даётся, и приёмник их отсеивает. Смысл бита зашит в тишину после вспышки: пришло 560 мкс темноты — это ноль, пришло 1690 мкс — единица. Бит 0 живёт 1,12 мс, бит 1 — 2,25 мс, и данные целиком едут в интервалах между вспышками. Приёмник меряет эти паузы и складывает биты в байты — именно поэтому такой метод называют кодированием длиной паузы.

Кадр начинается с шапки: вспышка 9 мс и пауза 4,5 мс. Девять миллисекунд несущей — это будильник для приёмника: за это время автоматическая регулировка усиления TSOP успевает подстроиться под яркость и расстояние, а короткие помехи от ламп шапкой не притворяются. После шапки идут 32 бита данных. Весь кадр занимает от 49 до 85 мс в зависимости от числа единиц — при равной смеси нулей и единиц получается около 68 мс.

Для ощущения масштаба: в ленте WS2812 бит живёт 1,25 мкс, а NEC-бит — в тысячу раз дольше. Пульту спешить некуда: у него нет провода, и весь запас надёжности выбирается длинными, хорошо различимыми интервалами. Если захочется понять, как такие интервалы меряют на микросекундном уровне, загляните в урок про точные замеры micros — библиотека делает ровно то же самое, только аппаратным таймером внутри прерывания.

За лидером едут четыре байта: адрес, инверсия адреса, команда, инверсия команды. Инверсия — это тот же байт, но с перевёрнутыми битами: у команды 0x43 инверсия 0xBC, и в сумме пара всегда даёт 0xFF. Приёмник проверяет обе пары: если хоть одна не сходится, кадр битый и выбрасывается целиком. Два байта накладных расходов вместо полноценной контрольной суммы — дешёвая и неубиваемая защита, за которую NEC и любят производители дешёвых пультов.

Обратите внимание на комментарий в скетче: resume() стоит за пределами фильтра. Это распространённая редактура ошибок — поставить resume только внутрь if и на чужом кадре намертво застрять: структура занята, decode() молчит, пульт кажется сломанным. Читали или нет — буфер освобождай всегда. Поля кадра, если забыли их назначение, разобраны в уроке про анатомию decodedIRData.

Hex-печать здесь не украшение: сравнивать кадр с даташитом удобнее в шестнадцатеричной системе, а десятичный столбец я печатаю для сверки с собственной таблицей кодов из первого урока раздела. Два представления одного числа в одном логе экономят десяток секунд на каждую кнопку. А инверсию байта можно пощупать руками: ниже — интерактивная песочница, соберите команду из битов и нажмите XOR 0xFF — увидите тот самый перевёрнутый байт, второй в паре NEC.

Восемь бит адреса — это 256 значений, и производитель зашивает своё так, чтобы пульт от телевизора не переключал каналы ресиверу. Это не секретность и не защита от соседей — это маршрутизация внутри одного комплекта техники. Для нас адрес — готовый фильтр: одна строка сравнения, и ночник больше не реагирует на громкость центра.

Но у фильтра есть граница применимости, проверенная на моих трёх китайских пультах из наборов: у двух из них адрес 0x00. Нулевой адрес — любимый вариант безымянных клонов, поэтому фильтр вида «адрес равен нулю» пропустит всех соседей с такими же пультами. Если в доме два и больше дешёвых пульта, различайте их по комбинации адреса и команды, а ещё лучше — просто спрячьте макетку от прямого луча: отражение от потолка, как в истории из вступления, добирается до приёмника легче, чем кажется.

Моё рабочее правило: фильтр по адресу ставлю в каждом постоянном проекте, но адрес вписываю в константу из результатов собственной читалки, а не из чужой статьи. Код повторяется из урока в урок один в один — меняется только число, и именно оно решает, чьи команды слышит плата. Проверку устраивайте на двух пультах сразу: положите их рядом и жмите одинаковые по смыслу кнопки — один и тот же код с разными адресами собирается в пару быстрее, чем кажется.

Кадр NEC разобран до микросекунд, фильтр по адресу стоит, и полтергейст с громкостью центра больше не потревожит. Дальше по разделу — пульты, которые живут вне NEC: Sony SIRC, RC5 и RAW-дампы продолжат историю с той же читалкой и новым словарём. А практику закрепите на своей технике: снимите адрес каждого пульта в доме читалкой, впишите их в константы и попробуйте команду, которую шлют два пульта сразу — разницу увидите на первый же кадре.