]> vault307.fbx.one Git - micorpython_ir.git/blobdiff - TRANSMITTER.md
micropython_ir projects
[micorpython_ir.git] / TRANSMITTER.md
index 3478ba83e7bf30020be416a60fcd222c6d1f65b0..c76995bb5390014de2e4b4dcbd55519aa818ab0c 100644 (file)
@@ -5,7 +5,7 @@
 # 1. Hardware Requirements
 
 The transmitter requires a Pyboard 1.x (not Lite), a Pyboard D or an ESP32.
-Output is via an IR LED which will need a transistor to provide sufficient
+Output is via an IR LED which needs a simple circuit to provide sufficient
 current. Typically these need 50-100mA of drive to achieve reasonable range and
 data integrity. A suitable 940nm LED is [this one](https://www.adafruit.com/product/387).
 
@@ -13,11 +13,20 @@ On the Pyboard the transmitter test script assumes pin X1 for IR output. It can
 be changed, but it must support Timer 2 channel 1. Pins for pushbutton inputs
 are arbitrary: X3 and X4 are used. The driver uses timers 2 and 5.
 
-On ESP32 pin 23 is used for IR output and pins 18 and 19 for pushbuttons. The
-ESP32 solution has limitations discussed in [section 5.2](./TRANSMITTER.md#52-esp32).
+On ESP32 the demo uses pin 23 for IR output and pins 18 and 19 for pushbuttons.
+These pins may be changed. The only device resource used is `RMT(0)`.
+
+On Raspberry Pi Pico the demo uses pin 17 for IR output and pins 18 and 19 for
+pushbuttons. These pins may be changed. The driver uses the PIO to emulate a
+device similar to the ESP32 RMT. The device driver is
+[documented here](./RP2_RMT.md); this is for experimenters and those wanting to
+use the library in conjunction with their own PIO assembler code.
 
 ## 1.1 Wiring
 
+All microcontrollers require an external circuit to drive the LED. The notes
+below on specific microcontrollers assume that such a circuit is used.
+
 I use the following circuit which delivers just under 40mA to the diode. R2 may
 be reduced for higher current.  
 ![Image](images/circuit.png)
@@ -30,23 +39,55 @@ increase power.
 The transistor type is not critical.
 
 The driver assumes circuits as shown. Here the carrier "off" state is 0V,
-which is the driver default. If using a circuit where "off" is required to be
-3.3V, the constant `_SPACE` in `ir_tx.__init__.py` should be changed to 100.
+which is the driver default. If using an alternative circuit where "off" is
+required to be 3.3V, the class variable `active_high` should be set `False`.
 
-# 2. Installation
+## 1.2 ESP32 Wiring
 
-The transmitter is a Python package. This minimises RAM usage: applications
-only import the device driver for the protocol in use.
+The ESP32 RMT device now supports the carrier option, and this driver has been
+updated to use it. The same circuits as above may be used to connect to pin 23
+(or other pin, if the code has been adapted). The `active_high` option is not
+available on the ESP32 `RMT` object, so any alternative circuit must illuminate
+the LED if the pin state is high.
 
-Copy the following to the target filesystem:
- 1. `ir_tx` Directory and contents.
+## 1.3 RP2 Wiring
+
+There is no `active_high` option so the circuit  must illuminate the LED if the
+pin state is high, as per the above drivers. Test programs use pin 17, but this
+can be reassigned.
+
+# 2. Dependencies and installation
+
+## 2.1 Dependencies
 
 The device driver has no dependencies.
 
-The demo program requires `uasyncio` from the official library and `aswitch.py`
-from [this repo](https://github.com/peterhinch/micropython-async). The demo is
-of a 2-button remote controller with auto-repeat. It may be run by issuing:
+On ESP32 a firmware version >= V1.17 is required. The Loboris port is not
+supported owing to the need for the RMT device and other issues.
+
+The demo program uses `uasyncio` primitives from
+[this repo](https://github.com/peterhinch/micropython-async). Clone the repo to
+a directory on your PC:
+```bash
+$ git clone https://github.com/peterhinch/micropython-async
+```
+move to its `v3` directory, and copy the `primitives` directory with its
+contents to the filesystem.
+
+## 2.2 Installation
+
+The transmitter is a Python package. This minimises RAM usage: applications
+only import the device driver for the protocol in use. Clone the repository to
+the current directory of your PC with:
+```bash
+$ git clone https://github.com/peterhinch/micropython_ir
+```
 
+Copy the following to the target filesystem:
+ 1. `ir_tx` Directory and contents.
+
+The demo is of a 2-button remote controller with auto-repeat. It may be run by
+issuing:
 ```python
 from ir_tx.test import test
 ```
@@ -54,37 +95,89 @@ Instructions will be displayed at the REPL.
 
 # 3. The driver
 
-This is specific to Pyboard D, Pyboard 1.x (not Lite) and ESP32.
+This is specific to Pyboard D, Pyboard 1.x (not Lite), ESP32 and Raspberry Pi
+Pico (RP2 architecture chip).
 
 It implements a class for each supported protocol, namely `NEC`, `SONY_12`,
 `SONY_15`, `SONY_20`, `RC5` and `RC6_M0`.  Each class is subclassed from a
 common abstract base class in `__init__.py`. The application instantiates the
 appropriate class and calls the `transmit` method to send data.
 
-The ESP32 platform is marginal in this application because of imprecision in
-its timing. The Philips protocols are unsupported as they require unachievable
-levels of precision. Test results are discussed [here](./TRANSMITTER.md#52-esp32).
+Basic usage on a Pyboard:
+```python
+from machine import Pin
+from ir_tx.nec import NEC
+nec = NEC(Pin('X1'))
+nec.transmit(1, 2)  # address == 1, data == 2
+```
+Basic usage on ESP32:
+```python
+from machine import Pin
+from ir_tx.nec import NEC
+nec = NEC(Pin(23, Pin.OUT, value = 0))
+nec.transmit(1, 2)  # address == 1, data == 2
+```
+Basic usage on Pico:
+```python
+from machine import Pin
+from ir_tx.nec import NEC
+nec = NEC(Pin(17, Pin.OUT, value = 0))
+nec.transmit(1, 2)  # address == 1, data == 2
+```
+
+#### Common to all classes
 
-Constructor  
-All constructors take the following args:  
- 1. `pin` An initialised `pyb.Pin` instance supporting Timer 2 channel 1: `X1`
- is employed by the test script. Must be connected to the IR diode as described
- below.
+Constructor args:  
+ 1. `pin` A Pin instance instantiated as an output. On a Pyboard this is a
+ `pyb.Pin` instance supporting Timer 2 channel 1: `X1` is employed by the test
+ script. On ESP32 any `machine.Pin` may be used. Must be connected to the IR
diode as described below.
  2. `freq=default` The carrier frequency in Hz. The default for NEC is 38000,
  Sony is 40000 and Philips is 36000.
- 3. `verbose=False` If `True` emits debug output.
+ 3. `verbose=False` If `True` emits (a lot of) debug output.
 
 Method:
- 1. `transmit(addr, data, toggle=0)` Integer args. `addr` and `data` are
- normally 8-bit values and `toggle` is normally 0 or 1; details are protocol
- dependent and are described below.
+ 1. `transmit(addr, data, toggle=0, validate=False)` Args `addr`, `data` and
+ `toggle` are positive integers. The maximum vaues are protocol dependent. If
+ `validate` is `True` passed values are checked and a `ValueError` raised if
+ they are out of range. If `validate` is false invalid bits are silently
+ discarded. For example if an address of 0x11 is passed to `MCE.transmit`, the
+ address sent will be 1 because that protocol supports only a four bit address
+ field. The `toggle` field is unused by some protocols when 0 should be passed.
+
+Class method:
+ 1. `active_low` No args. Pyboard only. A `ValueError` will be thrown on ESP32.
+ The IR LED drive circuit is usually designed to turn the LED on if the driver
+ pin is high. If it has opposite polarity the method must be called before
+ instantiating the class - it will be ineffective if called later.
+
+Class varaible:
+ 1. `timeit=False` If `True` the `.transmit` method times itself and prints the
+ result in μs.
 
 The `transmit` method is synchronous with rapid return. Actual transmission
-occurs as a background process, on the Pyboard controlled by timers 2 and 5.
-Execution times on a Pyboard 1.1 were 3.3ms for NEC, 1.5ms for RC5 and 2ms
-for RC6.
-
-#### NEC class
+occurs as a background process, on the Pyboard controlled by timers 2 and 5. On
+ESP32 the RMT class is used. Execution times were measured on a Pyboard 1.1 and
+the ESP32 reference board  without SPIRAM. Tests were done at stock frequency and
+with `validate=True`, `verbose=False`. A small saving could be achieved by
+skipping validation.
+
+| Protocol | ESP32 | Pyboard |
+|:--------:|:-----:|:-------:|
+| NEC      | 7.8ms | 3.2ms   |
+| SONY12   | 3.2ms | 1.3ms   |
+| SONY15   | 3.6ms | 1.5ms   |
+| SONY20   | 4.5ms | 1.9ms   |
+| RC5      | 4.9ms | 1.5ms   |
+| RC6_M0   | 6.0ms | 2.0ms   |
+| MCE      | 6.7ms | 2.0ms   |
+
+#### NEC class (also Samsung)
+
+Class `NEC`. Example invocation:
+```python
+from ir_tx.nec import NEC
+```
 
 This has an additional method `.repeat` (no args). This causes a repeat code to
 be transmitted. Should be called every 108ms if a button is held down.
@@ -93,12 +186,27 @@ The NEC protocol accepts 8 or 16 bit addresses. In the former case, a 16 bit
 value is transmitted comprising the 8 bit address and its one's complement,
 enabling the receiver to perform a simple error check. The `NEC` class supports
 these modes by checking the value of `addr` passed to `.transmit` and sending
-the complement for 8 bit values.
+the complement for values < 256.
 
-`toggle` is ignored.
+A value passed in `toggle` is ignored.
+
+For Samsung protocol set the `samsung` class variable `True`:
+```python
+from ir_tx.nec import NEC
+NEC.samsung=True
+```
+Samsung remotes do not seem to use repeat codes: the sample I have simply
+repeats the original code.
+
+Thanks are due to J.E.Tannenbaum for information about the Samsung protocol.
 
 #### Sony classes
 
+Classes `SONY_12`, `SONY_15` and `SONY_20`. Example invocation:
+```python
+from ir_tx.sony import SONY_15
+```
+
 The SIRC protocol supports three sizes, supported by the following classes:
  1. 12 bit (7 data, 5 address) `SONY_12`
  2. 15 bit (7 data, 8 address) `SONY_15`
@@ -110,6 +218,11 @@ value.
 
 #### Philips classes
 
+Classes `RC5` and `RC6_M0`. Example invocation:
+```python
+from ir_tx.philips import RC5
+```
+
 The RC-5 protocol supports a 5 bit address and 6 or 7 bit (RC5X) data. The
 driver uses the appropriate mode depending on the `data` value provided.
 
@@ -119,75 +232,134 @@ Both send a `toggle` bit which remains constant if a button is held down, but
 changes when the button is released. The application should implement this
 behaviour, setting the `toggle` arg of `.transmit` to 0 or 1 as required.
 
-# 4. Test results
+#### Microsoft MCE class
+
+Class `MCE`. Example invocation:
+```python
+from ir_tx.mce import MCE
+# MCE.init_cs = 3
+```
+There is a separate demo for the `MCE` class because of the need to send a
+message on key release. It is run by issuing:
+```python
+from ir_tx.mcetest import test
+```
+Instructions will be displayed at the REPL.
+
+I have been unable to locate a definitive specification: the protocol was
+analysed by a mixture of googling and experiment. Behaviour may change if I
+acquire new information. The protocol is known as OrtekMCE and the remote
+control is sold on eBay as VRC-1100.
 
-# 5. Principle of operation
+The remote was designed for Microsoft Media Center and is used to control Kodi
+on boxes such as the Raspberry Pi. With a suitable PC driver it can emulate a
+PC keyboard and mouse. The mouse emulation uses a different protocol: the class
+does not currently support it. Pressing mouse buttons and pad will cause the
+error function (if provided) to be called.
 
-## 5.1 Pyboard
+This supports a 4 bit address, 6 bit data and 2 bit toggle. The latter should
+have a value of 0 for the first message, 1 for repeat messages, and 2 for a
+final message sent on button release.
+
+The remaining four bits are a checksum which the driver creates. The algorithm
+requires an initial 'seed' value which my testing proved to be 4. However the
+only [documentation](http://www.hifi-remote.com/johnsfine/DecodeIR.html#OrtekMCE)
+I could find stated that the value should be 3. I implemented this as a class
+variable `MCE.init_cs=4`. This enables it to be changed if some receivers
+require 3.
+
+# 4. Principle of operation
 
 The classes inherit from the abstract base class `IR`. This has an array `.arr`
 to contain the duration (in μs) of each carrier on or off period. The
 `transmit` method calls a `tx` method of the subclass which populates this
 array. This is done by two methods of the base class, `.append` and `.add`. The
-former takes a list of times (in μs) and appends them to the array. A bound
+former takes a list of times (in ) and appends them to the array. A bound
 variable `.carrier` keeps track of the notional on/off state of the carrier:
 this is required for bi-phase (manchester) codings.
 
 The `.add` method takes a single μs time value and adds it to the last value
 in the array: this pulse lengthening is used in bi-phase encodings.
 
-On completion of the subclass `.tx`, `.transmit` appends a special `STOP` value
-and initiates physical transmission which occurs in an interrupt context.
+On completion of the subclass `.tx`, `.transmit` calls `.trigger` which
+initiates transmission as a background process. Its behaviour is platform
+dependent.
+
+## 4.1 Pyboard
 
-This is performed by two hardware timers initiated in the constructor. Timer 2,
-channel 1 is used to configure the output pin as a PWM channel. Its frequency
-is set in the constructor. The OOK is performed by dynamically changing the
-duty ratio using the timer channel's `pulse_width_percent` method: this varies
-the pulse width from 0 to a duty ratio passed to the constructor. The NEC
-protocol defaults to 50%, the Sony and Philips ones to 30%.
+Tramsmission is performed by two hardware timers initiated in the constructor.
+Timer 2, channel 1 is used to configure the output pin as a PWM channel. Its
+frequency is set in the constructor. The OOK is performed by dynamically
+changing the duty ratio using the timer channel's `pulse_width_percent` method:
+this varies the pulse width from 0 to the duty ratio passed to the constructor.
 
 The duty ratio is changed by the Timer 5 callback `._cb`. This retrieves the
 next duration from the array. If it is not `STOP` it toggles the duty cycle
-and re-initialises T5 for the new duration.
+and re-initialises T5 for the new duration. If it is `STOP` it ensures that the
+duty ratio is set to the `_SPACE`
 
-## 5.2 ESP32
+Here `.trigger` appends a special `STOP` value and initiates physical
+transmission by calling the Timer5 callback.
 
-This is something of a hack because my drivers work with standard firmware.
+## 4.2 ESP32
 
-A much better solution will be possible when the `esp32.RMT` class supports the
-`carrier` option. A fork supporting this is
-[here](https://github.com/mattytrentini/micropython). You may want to adapt the
-base class to use this fork: it should be easy and would produce a solution
-capable of handling all protocols.
+The RMT class now supports `carrier_freq` and `carrier_duty_percent`
+constructor args, so the base class `IR` (in `__init__.py`) uses these to
+enable the OOK (on-off keying) waveform.
 
-A consequence of this hack is that timing is imprecise. In testing NEC
-protocols were reliable. Sony delivered some erroneous bitsreams but may be
-usable. Philips protocols require timing precision which is unachievable; these
-are unsupported and an exception will be thrown on an attempt to instantiate a
-Philips class on an ESP32.
+The `.trigger` method calls `RMT.write_pulses` and returns with `RMT` operating
+in the background.
 
-The ABC stores durations in Hz rather than in μs. This is because the `period`
-arg of `Timer.init` expects an integer number of ms. Passing a `freq` value
-enables slightly higher resolution timing. In practice timing lacks precision
-with the code having a hack which subtracts a nominal amount from each value to
-compensate for the typical level of overrun.
+## 4.3 Duty ratio
 
-The carrier is generated by PWM instance `.pwm` with its duty cycle controlled
-by software timer `._tim` in a similar way to the Pyboard Timer 5 described
-above. The ESP32 duty value is in range 0-1023 as against 0-100 on the Pyboard.
+In every case where I could find a specified figure it was 30%. I measured
+that from a variety of remotes, and in every case it was close to that figure.
 
-# 6. References
+# 5. Unsupported protocols
 
-[General information about IR](https://www.sbprojects.net/knowledge/ir/)
+You can use the receiver module to capture an IR burst and replay it with the
+transmitter. This enables limited support for unknown protocols. This is
+strictly for experimenters and I haven't documented it in detail.
 
-The NEC protocol:  
-[altium](http://techdocs.altium.com/display/FPGA/NEC+Infrared+Transmission+Protocol)  
-[circuitvalley](http://www.circuitvalley.com/2013/09/nec-protocol-ir-infrared-remote-control.html)
+There are two limitations. The first is timing accuracy: both receiving and
+transmitting processes introduce some timing uncertainty. This is only likely
+to be a practical problem with fast protocols. In brief testing with a known
+protocol the scripts below worked.
 
-Philips protocols:  
-[RC5](https://en.wikipedia.org/wiki/RC-5)  
-[RC5](https://www.sbprojects.net/knowledge/ir/rc5.php)  
-[RC6](https://www.sbprojects.net/knowledge/ir/rc6.php)
+The more tricky problem is handling repeat keys: different protocols use widely
+varying approaches. If repeat keys are to be supported some experimentation and
+coding is likely to be required.
+
+The following captures a single burst and saves it to a file:  
+```python
+from ir_rx.acquire import test
+import ujson
+
+lst = test()  # May report unsupported or unknown protocol
+with open('burst.py', 'w') as f:
+    ujson.dump(lst, f)
+```
+This replays it:  
+```python
+from ir_tx import Player
+from sys import platform
+import ujson
+
+if platform == 'esp32':
+    from machine import Pin
+    pin = (Pin(23, Pin.OUT, value = 0), Pin(21, Pin.OUT, value = 0))
+else:
+    from pyb import Pin, LED
+    pin = Pin('X1')
+with open('burst.py', 'r') as f:
+    lst = ujson.load(f)
+ir = Player(pin)
+ir.play(lst)
+```
+The `ir_tx.Player` class is a minimal subclass supporting only the `.play`
+method. This takes as an arg an iterable comprising time values of successive
+mark and space periods (in μs).
 
-Sony protocol:  
-[SIRC](https://www.sbprojects.net/knowledge/ir/sirc.php)
+The `ir_rx.acquire.test` function makes assumptions about the likely maximum
+length and maximum duration of a burst. In some cases this may require some
+modification e.g. to instantiate `IR_GET` with different args.