Fase 2: Fundamentos de Hardware y Electrónica

📖 Teoría a Estudiar

Ruteo de Alimentación: Cobre, Calor y Resistencia

Las pistas de cobre de una PCB no son conductores perfectos; tienen resistencia eléctrica. Cuando una corriente alta (ej. 2 Amperios para las válvulas) viaja por una pista delgada, ocurren dos desastres físicos dictados por la física básica:

1. Caída de Tensión (Ley de Ohm, $V = I \cdot R$): Si la pista tiene $0.5 \Omega$ de resistencia, a 2 Amperios perderás $1 Voltio$. Tus 5V llegarán como 4V al destino, provocando un reinicio.
2. Calor (Efecto Joule, $P = I^2 \cdot R$): Esa energía perdida se transforma en calor. Una pista de 0.25 mm (10 mils) de ancho se derretirá y actuará como un fusible si intentas pasar 3 Amperios por ella.

La Regla del "Flujo a Través" (Routing Through)

En el Día 63 aprendimos que los Capacitores de Bypass (100nF) salvan al MCU de los ruidos de alta frecuencia. Pero de nada sirve poner el capacitor cerca del pin si **ruteas el cobre mal**. La energía de la fuente *debe* entrar obligatoriamente por el pad del capacitor, limpiarse, y *luego* salir hacia el pin del microcontrolador. A esto se le llama "Flujo de Energía en Cascada".

Anchos de Pista y Zonas Rellenas (Filled Zones)

En KiCad, no calculas el ancho a ojo. Existen calculadoras integradas que te dicen: "Si quieres pasar 2 Amperios por cobre de 1 oz, necesitas una pista de 0.76 mm". Pero la técnica definitiva para VCC y GND no es usar pistas... es usar Planos de Cobre (Filled Zones). Al dibujar un polígono que cubre grandes áreas de la placa y asignarle la red GND o +3V3, creas una superautopista infinita de electrones con resistencia casi nula.

⚙️ Ejercicios Prácticos

Ejercicio 1: Si por un error de ruteo en KiCad hiciste la pista de VCC muy delgada, cuando la electroválvula del gasero encienda, el voltaje del STM32 caerá por un milisegundo de 3.3V a 2.7V. Esto corromperá la memoria. En tu Firmware, configura el sistema de Detección de Caída de Voltaje (Brown-Out Reset - BOR) del hardware STM32, y lee sus banderas al arrancar para informar si el diseño de la placa está fallando eléctricamente.

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

// --- 1. REGISTROS FÍSICOS (STM32F4 Reset & Clock Control) ---
volatile uint32_t *RCC_CSR = (volatile uint32_t *)0x40023874; // Control & Status Register

// Máscaras de Banderas de Reinicio
#define RCC_BORRSTF_FLAG  (1 << 25) // Brown-Out Reset Flag (Caída de voltaje)
#define RCC_PORRSTF_FLAG  (1 << 27) // Power-On Reset Flag (Encendido normal)
#define RCC_RMVF_BIT      (1 << 24) // Remove Reset Flags (Limpiar banderas)

extern void lcd_imprimir_alerta(const char* msg);


// --- 2. DIAGNÓSTICO DE INTEGRIDAD DE POTENCIA (Hardware-Software) ---
void diagnosticar_ruteo_potencia_pcb(void) {
    
    // Leemos el registro de estado que nos dice POR QUÉ se reinició el chip
    uint32_t registro_reinicio = *RCC_CSR;
    
    // Si la bandera de Brown-Out (BOR) está levantada...
    if (registro_reinicio & RCC_BORRSTF_FLAG) {
        
        // ¡FALLA DE RUTEO O FUENTE DE PODER!
        // El voltaje de 3.3V colapsó temporalmente. Si esto pasa en medio del 
        // despacho de gas cuando se activan los motores, significa que nuestras 
        // pistas de cobre (VCC/GND) son demasiado delgadas y generaron una 
        // caída de tensión masiva, o los capacitores de bypass están mal ruteados.
        
        lcd_imprimir_alerta("ERR PCB: VCC DROP!");
        
        // Guardamos el evento en la EEPROM de logs (Día 50) para auditoría.
        // log_registrar_falla_energia();
    } 
    else if (registro_reinicio & RCC_PORRSTF_FLAG) {
        // Reinicio normal por encendido en frío. Todo bien.
    }
    
    // Limpiamos las banderas para la próxima vez
    *RCC_CSR |= RCC_RMVF_BIT;
}


// --- 3. EL ARRANQUE DEL SÚPER BUCLE ---
int main(void) {
    
    // 1. Antes de mover un solo bit de lógica, preguntamos al Hardware:
    // ¿Morimos por asfixia eléctrica la última vez?
    diagnosticar_ruteo_potencia_pcb();
    
    while(1) {
        // Algoritmo metrológico de gas...
    }
    
    return 0;
}
        

📝 Resumen del Día

• En Pcbnew de KiCad, la tecla 'W' mientras ruteas te permite cambiar el ancho de la pista al instante. Potencia = Grueso, Señales = Delgado.
• Las conexiones "En T" (T-Junctions) hacia los capacitores de desacople son un error grave. El flujo de cobre debe entrar al pad del capacitor y salir de él hacia el pin del chip.
• En lugar de trazar GND (Tierra) con cables de cobre, la industria usa Filled Zones (Zonas Rellenas) para bañar toda la placa vacía en cobre, minimizando la impedancia de retorno.
• Los registros de Reset Status (CSR) en el firmware STM32 permiten diagnosticar caídas de voltaje físicas, conectando el diseño del PCB con el control de calidad del software.