Fase 2: Fundamentos de Hardware y Electrónica

📖 Teoría a Estudiar

El Transistor BJT (NPN) como Interruptor

El BJT es un amplificador de corriente compuesto por tres terminales: Base (B), Colector (C) y Emisor (E). En electrónica digital Bare-Metal, no lo usamos para amplificar audio, lo usamos en "Corte y Saturación", es decir, como un interruptor de encendido/apagado absoluto.

El Efecto Válvula

Imagina que la Base es la llave de paso de una presa. Si inyectas una pequeñísima corriente eléctrica en la Base, la presa se abre y permite que una corriente gigantesca fluya desde el Colector hacia el Emisor.

Cálculo de la Resistencia de Base (Rb)

Si conectas el pin del STM32 directo a la Base, la corriente infinita destruirá ambos componentes. Debemos poner una resistencia Rb. El transistor tiene una ganancia llamada Beta (β) o hFE (usualmente ~100). Si la torreta consume 500mA (Ic), necesitamos inyectar al menos 5mA en la base (Ib = Ic / β).

Por la Ley de Ohm, considerando que la Base consume ~0.7V internamente:
Rb = (3.3V - 0.7V) / 0.005A = 520 Ohmios.
Para asegurar la saturación profunda (garantizar que se encienda al 100% y no se caliente), multiplicamos la corriente inyectada por un factor de seguridad. Un valor comercial de 1 kΩ o 470 Ω es el estándar absoluto para excitar BJTs desde microcontroladores ARM.

⚙️ Ejercicios Prácticos

Ejercicio 1: Tu hardware ya tiene la circuitería BJT instalada. Programa en C el driver para hacer parpadear la torreta estroboscópica de manera no bloqueante cuando la máquina entre en un estado de emergencia.

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

// --- 1. REGISTROS FÍSICOS (Simulación GPIO Puerto C) ---
volatile uint32_t *GPIOC_MODER  = (volatile uint32_t *)0x40020800;
volatile uint32_t *GPIOC_ODR    = (volatile uint32_t *)0x40020814;

const uint8_t PIN_TORRETA_BJT = 13;

// Variable global de tiempo (Asumimos que un Timer la incrementa cada 1ms)
extern volatile uint32_t milisegundos_globales;


// --- 2. CONFIGURACIÓN DEL DRIVER ---
void alarma_init_hardware(void) {
    // 1. Apagado preventivo seguro
    *GPIOC_ODR &= ~(1 << PIN_TORRETA_BJT);
    
    // 2. Configurar como salida (Push-Pull)
    *GPIOC_MODER &= ~(3 << (PIN_TORRETA_BJT * 2));
    *GPIOC_MODER |= (1 << (PIN_TORRETA_BJT * 2));
}

// Función básica atómica
void alarma_set_estado(bool encendido) {
    if (encendido) {
        // Enviar 3.3V a la Base. El BJT satura y la torreta se enciende.
        *GPIOC_ODR |= (1 << PIN_TORRETA_BJT);
    } else {
        // Enviar 0V. El BJT entra en "Corte" (aislamiento total).
        *GPIOC_ODR &= ~(1 << PIN_TORRETA_BJT);
    }
}


// --- 3. LÓGICA NO BLOQUEANTE (Súper Bucle) ---
// Variables estáticas para el temporizador de parpadeo (Encapsulamiento Día 59)
static uint32_t tiempo_ultimo_parpadeo = 0;
static bool estado_parpadeo_actual = false;

void ejecutar_alarma_visual_emergencia(void) {
    
    // Si han pasado 500 milisegundos (Medio segundo)
    if ((milisegundos_globales - tiempo_ultimo_parpadeo) >= 500) {
        
        // Invertimos el estado (Toggle)
        estado_parpadeo_actual = !estado_parpadeo_actual;
        
        // Actualizamos el hardware (BJT)
        alarma_set_estado(estado_parpadeo_actual);
        
        // Reseteamos el cronómetro
        tiempo_ultimo_parpadeo = milisegundos_globales;
    }
}


int main(void) {
    
    alarma_init_hardware();
    
    while(1) {
        
        // Integración con la FSM (Día 60)
        // Si el Guardián de Flujo (Día 52) detectó una manguera rota:
        
        if (estado_actual == ESTADO_FALLA_CRITICA) {
            
            // Este llamado NO USA DELAY. Entra, revisa el reloj, y sale instantáneamente.
            // Permitiendo que el Watchdog y otros sensores sigan respirando.
            ejecutar_alarma_visual_emergencia();
            
        } else {
            // Asegurarnos de que esté apagada en operación normal
            alarma_set_estado(false);
        }
    }
    
    return 0;
}
        

📝 Resumen del Día

• El Transistor BJT (NPN) es un dispositivo de conmutación controlado por corriente. Ideal para cargas de hasta 1 Amperio (dependiendo del modelo) operando a voltajes que destruirían un microcontrolador (12V, 24V).
• Para que actúe como un interruptor digital perfecto (Saturación), la Resistencia de Base ($R_B$) es obligatoria. Sin ella, el STM32 se quemará al entregar corriente infinita a la unión P-N.
• Los parpadeos (Blinking) en sistemas Bare-Metal jamás deben programarse con funciones bloqueantes como delay(). Se debe calcular la diferencia de tiempo actual vs tiempo anterior usando el reloj maestro asíncrono para mantener el determinismo (O(1)).