Fase 2: Fundamentos de Hardware y Electrónica

📖 Teoría a Estudiar

Capacitores y el Filtrado de Fuente

Un capacitor es un componente pasivo que almacena energía en un campo eléctrico. En circuitos de corriente continua (DC), el capacitor actúa como un tanque de reserva. Si el voltaje de la fuente principal cae repentinamente, el capacitor libera su energía almacenada para mantener el voltaje estable. Si hay un pico de voltaje, el capacitor absorbe el impacto.

La Regla de Oro: Bulk + Bypass

Ningún capacitor es perfecto. Los capacitores grandes (ej. 10 µF o 100 µF Electrolíticos) almacenan mucha energía, ideal para soportar "bajones" cuando arranca un motor. Pero son lentos y no pueden reaccionar al ruido eléctrico de alta frecuencia. A este se le llama capacitor Bulk (Reserva).

Por otro lado, los capacitores pequeños (ej. 0.1 µF Cerámicos) almacenan poca energía, pero son extremadamente rápidos. Absorben picos de ruido de alta frecuencia (como las chispas de los relés). A este se le llama capacitor de Bypass (Derivación), y en el diseño de tu placa KiCad, debe colocarse físicamente a menos de 5 milímetros del pin VDD de tu STM32.

El Complemento en Software (Filtro Pasa-Bajas)

El hardware filtra el voltaje de alimentación. Pero, ¿qué pasa con los sensores analógicos (ADC)? El ruido electromagnético a veces logra colarse en la lectura de presión del gas. Para que la Máquina de Estados (FSM) no enloquezca, aplicamos un Filtro de Promedio Móvil (Moving Average Filter) en software, actuando como un equivalente matemático de un capacitor.

⚙️ Ejercicios Prácticos

Ejercicio 1: Tu hardware ya está protegido. Ahora, escribe un Filtro Pasa-Bajas digital en C (Promedio Móvil Circular) para "suavizar" las variaciones de lectura de los sensores de la gasera antes de procesarlos métricamente.

#include <stdint.h>

// --- 1. CONFIGURACIÓN DEL FILTRO DIGITAL ---
// Un búfer de 8 lecturas. Usar potencias de 2 (2, 4, 8, 16) 
// permite al compilador usar desplazamientos de bits (Bit-shift)
// en lugar de usar división computacional, ahorrando tiempo de CPU.
#define TAMANO_MUESTRAS 8

typedef struct {
    uint32_t buffer[TAMANO_MUESTRAS];
    uint8_t  indice;
    uint32_t suma_total;
} FiltroPromedio;


// --- 2. INICIALIZACIÓN ---
void filtro_init(FiltroPromedio *filtro) {
    filtro->indice = 0;
    filtro->suma_total = 0;
    for (uint8_t i = 0; i < TAMANO_MUESTRAS; i++) {
        filtro->buffer[i] = 0;
    }
}


// --- 3. EL ALGORITMO O(1) BARE-METAL ---
// Esta función procesa el ruido en tiempo real sin usar bucles costosos.
uint32_t filtro_procesar_lectura(FiltroPromedio *filtro, uint32_t nueva_lectura) {
    
    // 1. Restamos la lectura más vieja de la suma total
    filtro->suma_total -= filtro->buffer[filtro->indice];
    
    // 2. Guardamos la nueva lectura en el arreglo
    filtro->buffer[filtro->indice] = nueva_lectura;
    
    // 3. Sumamos la nueva lectura a la suma total
    filtro->suma_total += nueva_lectura;
    
    // 4. Avanzamos el índice (Búfer circular)
    filtro->indice++;
    if (filtro->indice >= TAMANO_MUESTRAS) {
        filtro->indice = 0;
    }
    
    // 5. Calculamos el promedio actual
    // Como TAMANO_MUESTRAS es 8, equivale a mover los bits >> 3
    return (filtro->suma_total / TAMANO_MUESTRAS); 
}


// --- 4. INTEGRACIÓN EN EL DESPACHADOR ---
int main(void) {
    
    FiltroPromedio filtro_presion_adc;
    filtro_init(&filtro_presion_adc);
    
    while(1) {
        
        // Simulación: El hardware nos da una lectura con "ruido"
        uint32_t lectura_adc_ruidosa = leer_adc_hardware(); 
        
        // El filtro digital actúa como un "Capacitor de Software"
        uint32_t lectura_limpia = filtro_procesar_lectura(&filtro_presion_adc, lectura_adc_ruidosa);
        
        // Ahora la FSM (Día 60) opera sobre un dato matemático estable
        // evaluar_presion_gasera(lectura_limpia);
    }
    
    return 0;
}
        

📝 Resumen del Día

• El diseño electrónico crítico exige dos tipos de capacitores por cada circuito integrado (IC): uno grande (Electrolítico/Tántalo) para la demanda sostenida de energía, y uno pequeño (Cerámico) para filtrar ruido de alta frecuencia.
• El capacitor cerámico de Bypass pierde toda su efectividad si las pistas de cobre son largas. Su regla de diseño en KiCad es absoluta: debe estar pegado al pin VDD del procesador.
• El software no puede arreglar un hardware mal alimentado, pero sí puede complementar sensores ruidosos. Un Filtro de Promedio Móvil (Moving Average) limpia las lecturas analógicas con un costo de CPU casi nulo (O(1)).