Fase 2: Fundamentos de Hardware y Electrónica

📖 Teoría a Estudiar

Diodos TVS (Supresores de Voltaje Transitorio)

Un Diodo TVS es el "guardaespaldas" definitivo de la electrónica. En condiciones normales (ej. a 3.3V o 5V), el TVS es un "fantasma": tiene una impedancia tan alta que el circuito ni se entera de que está ahí. Pero su magia es la velocidad: cuando ocurre un pico de miles de voltios (ESD o inducción de rayos), el TVS reacciona en picosegundos (billonésimas de segundo).

El Efecto Avalancha y el Voltaje de Clamping (Corte)

Al detectar el pico, el diodo entra en "Efecto Avalancha" y se convierte instantáneamente en un cortocircuito hacia tierra. Redirige toda la violencia eléctrica (decenas de Amperios) lejos de tu procesador. El voltaje máximo que el TVS dejará pasar hacia tu STM32 se llama Clamping Voltage. Un pico de 8,000V será aplastado y "recortado" a unos inofensivos 5V o 6V durante ese microsegundo.

La Triada de Protección de Entradas

Observa el diagrama SVG, es la receta perfecta de hardware industrial para cualquier pin que reciba cables del exterior:

1. TVS (Diodo Supresor): Absorbe los 8,000V de estática (ESD) y los rayos, protegiendo al procesador de la muerte térmica.
2. Filtro RC (Resistencia + Capacitor): La Resistencia serie limita la corriente para que el TVS no explote, y el capacitor de 100nF "se come" el minúsculo pico sobrante que el TVS dejó pasar y además elimina el ruido electromagnético y el rebote mecánico del botón.
3. Pull-up (Día 62): Fija el estado lógico a "1" para evitar falsos positivos por estática del aire.

⚙️ Ejercicios Prácticos

Ejercicio 1: El hardware TVS absorbió el rayo, pero durante ese microsegundo (el pico de "Clamping"), tu pin GPIO pudo haber registrado una falsa pulsación rápida. Programa un Filtro Antirrebote (Debouncer) por Software NO Bloqueante para ignorar cualquier pulso que no dure al menos 50 milisegundos reales.

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

// Simulación de variables globales
extern volatile uint32_t milisegundos_globales;
extern bool leer_pin_boton_fisico(void); // Del Día 62 (Lógica Inversa resuelta)

// Estructura para el filtro digital de botones
typedef struct {
    bool estado_estable;
    bool ultimo_estado_leido;
    uint32_t marca_tiempo_cambio;
} BotonDebouncer;


// --- 1. INICIALIZACIÓN ---
void debouncer_init(BotonDebouncer *btn) {
    btn->estado_estable = false;
    btn->ultimo_estado_leido = false;
    btn->marca_tiempo_cambio = 0;
}


// --- 2. FILTRO DIGITAL DE TIEMPO (O(1) No Bloqueante) ---
// El TVS frena el rayo. Este código frena la ilusión óptica.
bool actualizar_estado_boton(BotonDebouncer *btn) {
    
    // Leemos el hardware puro
    bool estado_fisico_actual = leer_pin_boton_fisico();
    
    // Si el estado físico es distinto al último que vimos...
    if (estado_fisico_actual != btn->ultimo_estado_leido) {
        // Alguien tocó el botón (O cayó un rayo / EMI)
        // Reiniciamos el cronómetro y actualizamos el último estado visto
        btn->marca_tiempo_cambio = milisegundos_globales;
        btn->ultimo_estado_leido = estado_fisico_actual;
    }
    
    // Evaluamos si el estado se ha mantenido ESTABLE por más de 50ms
    // Un chispazo de ESD dura nanosegundos. Un humano presiona por ~200ms.
    if ((milisegundos_globales - btn->marca_tiempo_cambio) > 50) {
        
        // Si el estado estable actual de la FSM es diferente al físico validado
        if (btn->estado_estable != estado_fisico_actual) {
            btn->estado_estable = estado_fisico_actual;
            // Aquí podríamos disparar un evento (Callback)
        }
    }
    
    return btn->estado_estable;
}


// --- 3. INTEGRACIÓN AL SÚPER BUCLE ---
int main(void) {
    
    BotonDebouncer boton_paro_emergencia;
    debouncer_init(&boton_paro_emergencia);
    
    while(1) {
        
        // 1. Escaneo cíclico súper rápido
        bool paro_presionado = actualizar_estado_boton(&boton_paro_emergencia);
        
        // 2. La FSM (Día 60) actúa
        if (paro_presionado) {
            // Este IF jamás se activará por un chispazo eléctrico
            // ejecutar_paro_emergencia_fsm();
        }
        
    }
    return 0;
}
        

📝 Resumen del Día

• Las descargas ESD (Electrostatic Discharge) ocurren cuando objetos con distinta carga se tocan, generando picos de alto voltaje y corta duración que destruyen los semiconductores al instante.
• El Diodo TVS opera por Efecto Avalancha. Permanece inactivo hasta que el voltaje supera su Breakdown Voltage, momento en el que cortocircuita la señal a Tierra, aplastando el pico a un nivel seguro (Clamping Voltage).
• En un diseño óptimo de entradas, la secuencia desde el exterior hacia el microcontrolador es: Pin Externo $\rightarrow$ TVS a GND $\rightarrow$ Resistencia Serie $\rightarrow$ Filtro RC / Pull-up $\rightarrow$ MCU.
• El Hardware detiene la energía letal, pero el Software debe detener los "Pulsos Fantasma" resultantes mediante algoritmos de Debouncing (Antirrebote) de Tiempo.