Fase 1: Fundamentos de C y Lógica de Software

📖 Teoría Explícita: Modulación por Ancho de Pulso (PWM)

La **Modulación por Ancho de Pulso** (PWM, por sus siglas en inglés) es una técnica digital para simular señales analógicas o controlar la potencia entregada a una carga variando la proporción de tiempo en que la señal digital está activa (HIGH) dentro de un período constante.

Para generar una señal PWM mediante hardware interno se utilizan tres registros principales del temporizador:

• Auto-Reload Register (ARR): Define el período total ($T$) de la señal o frecuencia base.
• Counter Register (CNT): El contador que se incrementa en cada ciclo de reloj.
• Capture/Compare Register (CCR): Define el valor umbral. Mientras $CNT < CCR$, la salida del pin se mantiene en estado alto ($V_{DD}$). Cuando $CNT \ge CCR$, la salida conmuta a estado bajo ($0\text{V}$).

Ecuaciones de PWM

El Ciclo de Trabajo (Duty Cycle, $D$) representa el porcentaje de tiempo activo en un período:

$$ D = \left(\frac{t_{ON}}{T}\right) \times 100\% = \left(\frac{CCR}{ARR + 1}\right) \times 100\% $$

El voltaje promedio equivalente ($V_{prom}$) aplicado al componente es directo a su ciclo de trabajo:

$$ V_{prom} = V_{max} \times \left(\frac{D}{100}\right) $$

⚡ Circuito e Interfaz de Transductor

Un pin GPIO de microcontrolador solo entrega una corriente limitada (típicamente 8 a 20 mA). Para manejar un Buzzer acústico o la modulación de una válvula proporcional, se requiere una etapa de potencia de desacoplamiento con un transistor BJT o MOSFET.

Componente Hardware	Conexión / Pin MCU	Propósito en el Sistema
Buzzer Piezoeléctrico Pasivo	TIM3_CH1 (Ej. Pin PA6) vía Transistor NPN (2N2222)	Retroalimentación auditiva (Beeps) al pulsar el teclado capacitivo.
Resistencia de Base ($R_B$)	1 kΩ entre Pin MCU y Base del Transistor	Limitación de corriente para la conmutación saturada del BJT.
Diodo Antiparalelo (Flyback)	1N4148 en paralelo con la carga inductiva/piezo	Protección contra picos de tensión inducida en conmutación.

⚙️ Código C: Control Dinámico de Tono y Duty Cycle

El siguiente código muestra cómo cambiar dinámicamente la frecuencia y el Ciclo de Trabajo ($CCR$) de un canal Timer PWM en C para generar patrones de audio breves (Beeps de confirmación) al interactuar con la interfaz.

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// Registros abstractos simulados de Hardware PWM (Timer 3, Canal 1)
typedef struct {
    volatile uint32_t CR1;
    volatile uint32_t PSC;
    volatile uint32_t ARR;
    volatile uint32_t CCR1;
} PWM_Timer_TypeDef;

#define TIM3_BASE ((PWM_Timer_TypeDef *) 0x40000400)

/**
 * @brief Configura la frecuencia y el duty cycle del PWM para el Buzzer.
 * @param frecuencia_hz Frecuencia deseada del tono en Hz.
 * @param duty_porcentaje Ciclo de trabajo (0 a 100 %).
 */
void PWM_EstablecerTono(uint32_t frecuencia_hz, uint8_t duty_porcentaje) {
    if (frecuencia_hz == 0 || duty_porcentaje == 0) {
        // Silenciar PWM
        TIM3_BASE->CCR1 = 0;
        return;
    }

    uint32_t reloj_timer = 84000000; // 84 MHz
    uint32_t prescaler = 83;         // F_cnt = 1 MHz (1 tick = 1 us)

    // Período total = 1,000,000 us / Frecuencia
    uint32_t arr_valor = (1000000 / frecuencia_hz) - 1;
    
    // Asignación de registros
    TIM3_BASE->PSC = prescaler;
    TIM3_BASE->ARR = arr_valor;

    // Cálculo del valor del registro Compare según el Duty Cycle
    if (duty_porcentaje > 100) duty_porcentaje = 100;
    TIM3_BASE->CCR1 = ((arr_valor + 1) * duty_porcentaje) / 100;
}

/**
 * @brief Emite un beep rápido de confirmación acústica no bloqueante.
 */
void EmitirBeepTeclado(void) {
    // Generar tono claro de 2.7 kHz al 50% de volumen/potencia
    PWM_EstablecerTono(2700, 50);
}

void DetenerTono(void) {
    PWM_EstablecerTono(0, 0);
}

int main(void) {
    // En el inicio del sistema
    PWM_EstablecerTono(0, 0);

    while (1) {
        // Simulación: Si se detecta un toque válido en el Teclado Capacitivo 4x4
        bool tecla_presionada = false; // Bandera procedente del driver I2C

        if (tecla_presionada) {
            EmitirBeepTeclado();
            // Utilizar un Timer No-Bloqueante para llamar DetenerTono() a los 50ms
        }
    }
    return 0;
}
        

📝 Resumen del Día

• Modulación PWM: Técnica para conmutar una salida digital a alta frecuencia variando la relación $t_{ON} / T$.
• Registro CCR: Define la anchura del pulso. El estado conmuta cuando el registro $CNT$ iguala a $CCR$.
• Frecuencia vs Duty: El registro $ARR$ controla la frecuencia (tono musical o periodo), mientras que $CCR$ define el volumen/potencia (Duty Cycle).
• Desacoplamiento: Siempre se debe interponer una etapa de conmutación (transistor) entre el pin PWM de control y el elemento transductor.