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Raw Blame History

Hallazgos — sesión 2026-04-15

Resumen ejecutivo

Se construyó un sandbox bajo test/test_circuit/ que valida end-to-end la emulación de circuitos analógicos + digitales + Arduino real vía avr8js. 25 tests pasan en ~2.9 s. La propuesta del plan1.md (ngspice WASM, 40 MB) puede reemplazarse por un solver MNA en JS puro de ~500 líneas con resultados correctos en los casos probados.

Lo que funciona

Solver DC/transitorio (src/solver/)

MNA (Modified Nodal Analysis) con eliminación gaussiana de pivote parcial.
Ground implícito (no aparece en la matriz).
Ruido numérico controlado con G_min = 1e-12 S en diagonal.
Newton-Raphson iterativo para no-lineales (diodo / LED / BJT), con:
- límite SPICE-style pnjlim para evitar exp() overflow en la primera iteración.
- damping adaptativo (max 0.5 V por paso por nodo).
- convergencia < 1 µV en 3–8 iteraciones típicas.
Transitorio con backward Euler (método de companion para el capacitor). La clave: no ejecutar solveDC() inicial antes del primer paso, porque con capacitores abiertos en DC se calcula un estado falso que luego queda como V_prev. En su lugar, sembrar prev desde Vinit.

Componentes implementados

Categoría	Componentes
Pasivos lineales	Resistor, VoltageSource, CurrentSource, Potentiometer, Switch
Pasivos dinámicos	Capacitor (backward Euler)
No-lineales	Diode (Shockley), LED (5 colores), BJT_NPN (Ebers-Moll simplificado)
Paramétricos	NTCThermistor (modelo β)

Integración avr8js ≡ Velxio

Se copió fielmente el patrón de Velxio:

new CPU(program, 8192), new AVRIOPort(cpu, portXConfig), new AVRADC(cpu, adcConfig), new AVRTimer(cpu, timerXConfig).
Listeners por puerto → mapeo (portName, bit) → Arduino pin.
adc.channelValues[ch] = volts para inyectar voltajes en tiempo real.
cpu.data[ocrAddr] para leer duty de PWM.

El test avr_blink.test.js carga la misma .hex que usa Velxio y dispara el mismo LED simulado con corriente real calculada por el solver. Funciona.

E2E: potenciómetro → PWM → LED

Wiper	V_A0	PWM duty	I_LED	Brillo
0 %	0.00 V	0.0 %	0.00 mA	0.000
25 %	1.25 V	24.7 %	0.00 mA	0.000
50 %	2.50 V	49.8 %	3.26 mA	0.163
75 %	3.75 V	74.9 %	8.77 mA	0.439
100 %	5.00 V	100.0 %	14.38 mA	0.719

El PWM duty cycle rastrea el wiper con < 1 % de error. La no-linealidad I–V del LED emerge naturalmente (por debajo de su knee no conduce).

E2E: termistor NTC

Error máximo de recuperación de temperatura: 0.05 °C en el rango 0-50 °C (β=3950). Prácticamente el error de redondeo del ADC de 10 bits.

Lo que no se probó / gaps

Inductores no se implementaron (no había casos de uso en el scope).
MOSFET queda para una futura iteración (BJT alcanzó).
Análisis AC/frecuencia (Bode, resonancia) — fuera del scope.
Co-simulación ciclo-a-ciclo entre AVR y solver. Los tests resuelven el circuito una vez después de cada cambio de pin, no en cada ciclo. Para PWM se usa duty · V_supply como fuente equivalente, no la conmutación real → precisión aceptable para brillo medio, pero no modela ripple.

Problemas encontrados (y solución)

1. Diodo explotaba en la primera iteración de Newton

Síntoma: Vd saltaba a 5 V (apertura circuital cuando gd ≈ 0 en iter 0). Siguiente iter: exp(5/0.026) ≈ 1e84 → NaN.
Fix: pnjlim dentro del stamp del diodo. Primera iteración: Vd = min(Vd, Vcrit) donde Vcrit = nVt · ln(nVt / (√2 · Is)). Iteraciones siguientes: paso logarítmico si |ΔVd| > 2nVt.

2. Capacitor no cargaba

Síntoma: V(τ) era 5 V en vez de 3.16 V. El solveDC() inicial veía el cap abierto → Vout=5V → este estado se usaba como V_prev.
Fix: runTransient() ahora siembra state.prev desde capacitor.Vinit directamente, sin llamar a solveDC() inicial.

3. ADC daba valores 0-3 en vez de 0-255

Síntoma: leer ADCH con ADMUX = 0x40 retornaba solo los top-2 bits del resultado 10-bit (derecha-ajustado por defecto).
Fix: activar ADLAR=1 → ADMUX = 0x60. Ahora ADCH contiene los 8 MSB.

4. Offsets RJMP incorrectos en programa hand-assembled

Síntoma: loop saltaba a dirección equivocada tras añadir más instrucciones.
Fix: cálculo manual cuidadoso. Cada STS/LDS ocupa 2 words. RJMP k salta a PC+1+k.

Mejoras sugeridas para Velxio (main app)

Adoptar este solver para la simulación eléctrica en lugar de ngspice-wasm. Ventajas:
- 0 KB de dependencia WASM (vs 40 MB)
- Inicialización instantánea
- Fácil extender con componentes custom de wokwi-elements
LED brightness realista. Actualmente Velxio muestra LEDs como on/off booleanos. Con el solver:
- led.brightness(state) ∈ [0, 1] basado en corriente directa
- El ajuste del brillo del componente wokwi-led puede hacerse con --wokwi-led-brightness CSS var o similar.
Potenciómetro funcional. El componente ya existe visualmente pero el wiper no afecta a nada. Con este solver:
- pot.setWiper(x) → recalcular → inyectar V en adc.channelValues[ch]
- Habilitar drag interactivo del wiper.
Warnings al usuario:
- Si la corriente por un LED > 25 mA → overlay rojo "quemaría el LED".
- Si un diodo queda en reverse breakdown → overlay amarillo.
- Si no hay resistencia en serie con un LED → advertencia pre-simulación.
Corridas en Web Worker si el circuito supera ~50 componentes, para no bloquear la UI. El solver como está es ~3 ms por solveDC() con 10 componentes en Node → debería ser < 30 ms con 100 en browser.

Performance (measurements en WSL2, Node 22)

Suite	Tests	Duración
passive.test.js	11	8 ms
transient_rc.test.js	3	22 ms
diodes.test.js	7	13 ms
avr_blink.test.js	2	2.4 s (loop CPU real)
e2e_pot_pwm_led.test.js	1	90 ms
e2e_thermistor.test.js	1	121 ms
Total	25	~2.9 s

Prácticamente todo el tiempo se va en avr8js ejecutando los 32 M de ciclos del blink. El solver de circuitos es irrelevante en el presupuesto.

Próximos pasos recomendados

Integrar un wrapper del solver en frontend/src/simulation/ (nuevo archivo CircuitSolver.ts).
Conectar con useSimulatorStore.wires y components para auto-construir el Circuit objeto.
Hook en PinManager.onPinChange() con debounce de 50 ms → circuit.solveDC().
Reutilizar las fixtures de HEX que ya tiene frontend/src/__tests__/fixtures/.
Añadir MOSFET, Zener, op-amp ideal (GMIN stamping) cuando haya demanda.

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