Fase 2: Fundamentos de Hardware y Electrónica

📖 Teoría a Estudiar

El Efecto Hall y el Caudalímetro Magnético

El Efecto Hall (descubierto por Edwin Hall) ocurre cuando un campo magnético atraviesa un semiconductor por el que fluye corriente. El magnetismo "empuja" a los electrones hacia un lado del chip, creando un minúsculo voltaje perpendicular. En palabras simples: el chip puede "sentir" la presencia de un imán sin tocarlo.

El Sensor de Colector Abierto (Open-Collector)

En tu caudalímetro, el gas empuja una turbina que tiene imanes incrustados en sus aspas. Cada vez que un aspa pasa frente al sensor Hall sellado, el sensor detecta el imán y cierra un interruptor interno (un transistor NPN). A esta salida se le llama Colector Abierto: el sensor no emite voltaje, simplemente "jala" la señal hacia Tierra (GND) cada vez que ve un imán.

La Integración Perfecta (Día 62 y 67 combinados)

Como el sensor es de Colector Abierto, el circuito "cuelga" el LED del optoacoplador de los +24V y lo conecta al pin de señal del sensor. Cuando el imán pasa, el sensor conecta la señal a GND, cerrando el circuito. El LED infrarrojo se enciende y transfiere el pulso galvánicamente aislado a la placa STM32. ¡Un pulso perfecto, libre de ruido industrial y seguro a 3.3V!

El Contador de Hardware (Hardware Counter)

Una turbina de gas girando rápido puede generar miles de pulsos por segundo. Si usaras Interrupciones Externas (EXTI) como en el Día 67, la CPU se interrumpiría miles de veces por segundo, ahogando al Súper Bucle. La solución maestra Bare-Metal es usar un Timer en Modo Contador Externo (External Clock Mode). El hardware interno del microcontrolador cuenta los pulsos por sí solo, y el software simplemente lee la variable cuando lo necesita. Cero carga para la CPU.

⚙️ Ejercicios Prácticos

Ejercicio 1: Configura el Timer 2 (TIM2) de tu STM32 para que actúe no como un reloj de tiempo, sino como un contador de eventos externos provenientes del pin del optoacoplador.

#include <stdint.h>

// --- 1. REGISTROS FÍSICOS (Simulación STM32 TIM2) ---
volatile uint32_t *GPIOA_MODER = (volatile uint32_t *)0x40020000;
volatile uint32_t *GPIOA_AFRL  = (volatile uint32_t *)0x40020020;

volatile uint32_t *TIM2_CR1    = (volatile uint32_t *)0x40000000;
volatile uint32_t *TIM2_SMCR   = (volatile uint32_t *)0x40000008; // Slave Mode Control Reg
volatile uint32_t *TIM2_CCMR1  = (volatile uint32_t *)0x40000018; 
volatile uint32_t *TIM2_CNT    = (volatile uint32_t *)0x40000024; // El Registro Contador

const uint8_t PIN_CAUDALIMETRO = 0; // Usaremos PA0 (TIM2_CH1)


// --- 2. CONFIGURACIÓN DEL CONTADOR DE HARDWARE ---
void caudalimetro_init_hardware_counter(void) {
    
    // 1. Configurar Pin PA0 como Función Alternativa (Alternate Function)
    *GPIOA_MODER &= ~(3 << (PIN_CAUDALIMETRO * 2));
    *GPIOA_MODER |=  (2 << (PIN_CAUDALIMETRO * 2));
    
    // Asignar el AF1 (TIM2) al Pin PA0 en el registro AFRL
    *GPIOA_AFRL &= ~(0xF << (PIN_CAUDALIMETRO * 4));
    *GPIOA_AFRL |=  (1 << (PIN_CAUDALIMETRO * 4));
    
    // 2. Configurar el Timer 2 en Modo Esclavo (External Clock Mode 1)
    // El canal 1 (TI1) será la fuente de los "ticks", no el cristal de cuarzo.
    
    // Mapear IC1 al TI1 (Input Capture)
    *TIM2_CCMR1 |= (1 << 0); 
    
    // Configurar el Trigger Selection a TI1FP1 (101 en binario)
    *TIM2_SMCR &= ~(7 << 4);
    *TIM2_SMCR |=  (5 << 4);
    
    // Seleccionar External Clock Mode 1 (111 en binario)
    *TIM2_SMCR &= ~(7 << 0);
    *TIM2_SMCR |=  (7 << 0);
    
    // 3. Encender el Contador
    *TIM2_CR1 |= (1 << 0); // Bit CEN (Counter Enable)
}


// --- 3. LECTURA O(1) EN EL SÚPER BUCLE ---
uint32_t leer_pulsos_acumulados(void) {
    // Al software no le importa qué tan rápido gira la turbina.
    // El hardware de silicio está contando los fotones de luz del optoacoplador
    // en tiempo real. Solo venimos a recolectar el botín.
    return (*TIM2_CNT);
}


int main(void) {
    
    caudalimetro_init_hardware_counter();
    
    // Factor de conversión metrológico. Ej. 100 pulsos = 1 Litro
    const uint32_t FACTOR_PULSO_POR_LITRO = 100; 
    
    while(1) {
        
        // 1. Leer contador directo del hardware (Instantáneo y determinista)
        uint32_t total_pulsos = leer_pulsos_acumulados();
        
        // 2. Matemática de Punto Fijo (Día 48)
        uint32_t litros_despachados = total_pulsos / FACTOR_PULSO_POR_LITRO;
        
        // 3. Mostrar en la LCD HMI
        // lcd_imprimir_volumen(litros_despachados);
        
    }
    return 0;
}
        

📝 Resumen del Día

• El Sensor de Efecto Hall detecta campos magnéticos sin contacto físico. Es el estándar mundial para caudalímetros (medidores de flujo) de combustibles y líquidos bajo presión.
• Las salidas industriales suelen ser de Colector Abierto (NPN), actuando como un interruptor que conecta la señal a Tierra. Requieren una resistencia Pull-up o un Optoacoplador que provea el voltaje a cerrar.
• En firmware de grado comercial, jamás se usan Interrupciones (EXTI) para contar señales de muy alta frecuencia (como turbinas a 3000 RPM). Se utilizan Hardware Timers en Modo Contador Externo para delegar el trabajo al silicio y liberar a la CPU al 100%.