STM32H7 DFSDM 模拟看门狗双功能实现：过流保护与周期封波应用指南

在伺服电机控制等工业场景中，常需同时实现过流保护（OC）与周期封波（CBC）功能。STM32H7 系列的 DFSDM（数字滤波器）模块虽自带模拟看门狗，但单独使用仅能实现单一功能。本文基于 Nucleo-H723ZG 开发板，详解 “DFSDM + 双 TIM 外设” 的硬件实现方案，通过双模拟看门狗与信号联动，同时达成过流快速切断与周期封波自恢复，适配电机驱动等高精度控制场景。

资料获取：使用DFSDM模拟看门狗做过流保护以及封波应用

1. 核心原理：DFSDM 与 TIM 的联动逻辑

1.1 基础功能定位

DFSDM 模块：接收 Sigma-Delta ADC 的电流采样信号，经数字滤波后用于电机控制，同时通过模拟看门狗（AWD）监测电流阈值，超限时输出 Break 信号。
TIM1：生成 6 路互补 PWM 波驱动电机，支持 Break 信号触发 PWM 关闭，配合 ETR（外部触发输入）实现周期封波。
TIM16：作为辅助外设，输出信号接入 TIM1 的 ETR 管脚，配合 DFSDM 的 Break 信号实现 CBC 自恢复功能。

1.2 关键信号关联

DFSDM 的 Break [0]：映射至 TIM1 的 BKIN1，作为过流保护（OC）触发信号，超阈值时立即关闭 PWM。
DFSDM 的 Break [1]：映射至 TIM16 的 BKIN，作为周期封波（CBC）触发信号，触发后通过 TIM16_CH1 控制 TIM1 的 ETR，实现 PWM 周期性启停。
自恢复机制：TIM1 与 TIM16 均使能 AOE（自动输出使能）功能，Break 信号消失后 PWM 自动恢复输出，无需软件干预。

2. 硬件架构：双 AWD + 双 TIM 实现双功能

2.1 系统框图

电流采样信号（A/B/C三相）→ DFSDM通道0/1/2
                          ↓
              模拟看门狗0（AWD0）→ Break[0] → TIM1 BKIN1（OC功能）
                          ↓
              模拟看门狗1（AWD1）→ Break[1] → TIM16 BKIN
                          ↓
TIM16 CH1（100%占空比PWM）→ TIM1 ETR（CBC功能）
                          ↓
TIM1 → 6路互补PWM输出（驱动电机）

2.2 核心组件作用

双模拟看门狗：AWD0 配置较高阈值（如 ±20000），检测严重过流；AWD1 配置较低阈值（如 ±10000），检测轻微过流或周期性限流。
TIM16：工作频率与 TIM1 一致，输出 100% 占空比 PWM，Break 信号触发时输出低电平，通过 ETR 清除 TIM1 计数，实现周期封波。
DMA 通道：DFSDM 滤波后的电流数据通过 DMA 传输至 SRAM1（0x30000000），避免 DTCM 区域无法被 DMA1 访问的问题。

3. 分步配置：CubeMX + 程序实现全流程

3.1 CubeMX 基础配置

（1）DFSDM 模块配置

通道配置：启用通道 0/1/2，工作模式设为 “PDM/SPI 输入 + 外部时钟”，配置上升 / 下降沿采样。
滤波器配置：启用 Filter0（用于正常电流滤波）和 Filter1（仅用于 AWD1），Filter0 配置为 FastSinc 类型，注入通道选择通道 0/1/2，触发源设为 TIM1_TRGO。
DMA 配置：Filter0 启用注入模式 DMA，关联 DMA1 Stream0，数据方向为 “外设到内存”，模式设为循环模式，数据宽度为 Word。

（2）TIM1 配置

PWM 生成：启用 3 对互补通道（CH1/CH1N~CH3/CH3N），死区根据实际需求配置。
Break 功能：使能 BKIN1，极性设为高，滤波值设为 0，勾选 “DFSDM Break” 使能。
ETR 功能：启用 “ETR 作为清除源”，极性设为反相，通道 1/2/3 均使能清除功能。

（3）TIM16 配置

PWM 生成：通道 1 设为 PWM 模式 1，脉冲值设为 10000（100% 占空比），输出极性为高。
Break 功能：使能 BKIN，极性设为高，滤波值设为 0，勾选 “DFSDM Break” 使能。
自恢复配置：启用 AOE（自动输出使能）和 OSSI（空闲模式关闭），确保 Break 信号消失后自动恢复输出。

3.2 程序补充配置（模拟看门狗）

CubeMX 不支持模拟看门狗细节配置，需通过寄存器手动初始化，核心代码如下：

（1）AWD0（过流保护）配置

void DFSDM_AWD_Init(void) {
  // 启用快速模式，独立滤波参数
  DFSDM1_Filter0->FLTCR1 |= (1<<30);
  // 配置通道0/1/2共用AWD0
  DFSDM1_Filter0->FLTCR2 |= (0x07<<16);
  // 设置过流阈值（±20000，16位有符号值）
  DFSDM1_Filter0->FLTAWHTR = (20000<<16);
  DFSDM1_Filter0->FLTAWLTR = -(20000<<16);
  // 清除标志位，映射Break[0]到TIM1
  DFSDM1_Filter0->FLTAWCFR = 0xFFFF;
  DFSDM1_Filter0->FLTAWHTR |= 0x01;
  DFSDM1_Filter0->FLTAWLTR |= 0x01;
}

（2）AWD1（周期封波）配置

void DFSDM_AWDCBC_Init(void) {
  DFSDM1_Filter1->FLTCR1 |= (1<<30);
  DFSDM1_Filter1->FLTCR2 |= (0x07<<16);
  // 设置CBC阈值（±10000）
  DFSDM1_Filter1->FLTAWHTR = (10000<<16);
  DFSDM1_Filter1->FLTAWLTR = -(10000<<16);
  DFSDM1_Filter1->FLTAWCFR = 0xFFFF;
  // 映射Break[1]到TIM16
  DFSDM1_Filter1->FLTAWHTR |= 0x02;
  DFSDM1_Filter1->FLTAWLTR |= 0x02;
}

（3）DMA 存储配置

// 定义数组存储电流数据，指定至SRAM1区域
int32_t FLT1_JData[3] __attribute__((section (".sram1")));

// 启动DFSDM注入模式DMA
HAL_DFSDM_FilterInjectedStart_DMA(&hdfsdm1_filter0, FLT1_JData, 3);

4. 功能测试与验证

4.1 测试条件

信号输入：通过 SPI 模拟 Sigma-Delta 电流采样信号，实时调整输入幅值触发不同阈值。
硬件连接：TIM16_CH1（PF6）连接至 TIM1 的 ETR 管脚（PE7），确保信号传输正常。

4.2 波形验证

周期封波（CBC）：输入电流超 ±10000 时，TIM1 PWM 周期性启停，波形呈现 “输出 - 关闭 - 恢复” 的循环。
过流保护（OC）：输入电流超 ±20000 时，TIM1 PWM 立即关闭，直至电流恢复至阈值内自动重启。
数据读取：通过DFSDM_FLTxAWS寄存器可查询触发 AWD 的通道，便于故障定位。

5. 关键注意事项

阈值配置：AWD1 的阈值必须小于 AWD0，避免功能冲突，阈值单位需与电流采样精度匹配（16 位有符号范围 ±32767）。
存储区域：DMA 目标地址需设为 SRAM1（0x30000000），DTCM 区域不支持 DMA1 访问，会导致数据传输失败。
频率匹配：TIM16 的计数周期需与 TIM1 一致，确保 CBC 功能的周期准确性。
死区配置：实际应用中需为 TIM1 配置合理死区时间，避免电机驱动桥臂直通。

本方案通过 DFSDM 双模拟看门狗与 TIM1、TIM16 的硬件联动，无需软件中断干预即可同时实现过流保护与周期封波，响应速度快、可靠性高，特别适用于伺服电机、变频器等对电流控制精度要求较高的工业场景。其核心优势在于充分利用 STM32H7 的外设集成能力，简化硬件设计，降低系统延迟。