張彥 鄭州輕工業(yè)學(xué)院 450002張濤 信息工程大學(xué) 450002

《數(shù)字信號處理應(yīng)用技術(shù)》課程設(shè)計(jì)教學(xué)研究

張彥 鄭州輕工業(yè)學(xué)院 450002張濤 信息工程大學(xué) 450002

數(shù)字信號處理應(yīng)用技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)在本門課程的授課過程中占有很重要的地位，本文對數(shù)字信號處理應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計(jì)的的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，對課程設(shè)計(jì)教學(xué)過程中的設(shè)計(jì)題目選擇、課程設(shè)計(jì)方法及相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了研究，提出了一些改進(jìn)方法。目的是提高本門課程課程設(shè)計(jì)的教學(xué)效果，提高學(xué)生的分析問題解決問題和動手能力，使學(xué)生們通過課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)更加適應(yīng)工作的需要。

1.數(shù)字信號處理應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)字信號處理應(yīng)用技術(shù)是電子和信息專業(yè)的一門高年級專業(yè)課，是基礎(chǔ)專業(yè)課“數(shù)字信號處理”課程的具體應(yīng)用。學(xué)生們在學(xué)過數(shù)字信號處理后，通過學(xué)習(xí)數(shù)字信號處理應(yīng)用技術(shù)這門課程，掌握實(shí)際工作中利用數(shù)字信號處理芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理各種算法的方法。

數(shù)字信號處理課程設(shè)計(jì)是在數(shù)字信號處理課程結(jié)束后，利用一周的時間，進(jìn)行綜合性的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，目的是通過綜合性的設(shè)計(jì)過程，將數(shù)字信號處理應(yīng)用技術(shù)課程講授的各個基礎(chǔ)知識綜合應(yīng)用，使學(xué)生們對數(shù)字信號處理應(yīng)用技術(shù)的知識點(diǎn)有直觀現(xiàn)實(shí)的了解。目前，數(shù)字信號處理應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計(jì)主要以TI公司的TMS320C54x芯片為實(shí)驗(yàn)芯片，設(shè)計(jì)過程中涉及的知識主要有：TMS320C54X 芯片的結(jié)構(gòu)及基本原理，TMS320C54X的片上外設(shè)，DSP系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，DSP系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及集成開發(fā)環(huán)境CCS的使用。

由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的課時比較少，目前實(shí)驗(yàn)以簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，因此，用一周的時間完成某個設(shè)計(jì)題目的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對提高學(xué)生的動手能力，分析解決問題的能力有很大的幫助。

2. 課程設(shè)計(jì)教學(xué)研究

現(xiàn)代教育目的是提高學(xué)生的實(shí)踐能力，創(chuàng)新能力，課程設(shè)計(jì)教學(xué)是對這兩個重要能力進(jìn)行鍛煉的有效環(huán)節(jié)。在教學(xué)過程中，需要根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)難易適中的設(shè)計(jì)題目，提供合適的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。我在教學(xué)過程中，對如何提高課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，做了一些研究，首先可以分析出，在學(xué)習(xí)這門課之前，學(xué)生們學(xué)過數(shù)字信號處理，學(xué)過單片機(jī)，有數(shù)字信號處理及芯片的基本概念。但由于實(shí)際應(yīng)用較少，對芯片及數(shù)字信號處理的知識大多處于理論階段。沒有較為深入的認(rèn)識。學(xué)生的理論基礎(chǔ)并不是很扎實(shí)，同時動手能力和自學(xué)能力也不是很強(qiáng)。針對這一問題，我在題目選擇，課程設(shè)計(jì)方法及相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備上做了一些研究。

（1）題目選擇

課程設(shè)計(jì)的題目不能過于簡單，這樣達(dá)不到提高學(xué)生實(shí)踐能力，加深對課堂講授內(nèi)容理解的目的，同時，設(shè)計(jì)題目也不能過于復(fù)雜，學(xué)生們對知識的理解和動手能力畢竟處于一個比較初級的階段，過于復(fù)雜，難度較大的題目，學(xué)生無法完成，也不利于動手能力的提高，同時打擊了學(xué)生們學(xué)習(xí)的積極性。設(shè)計(jì)的題目應(yīng)該在難易程度上拉開距離，不同能力的學(xué)生可以根據(jù)自己的情況，設(shè)計(jì)完成相對應(yīng)的題目，從而都得到適當(dāng)?shù)腻憻?。在教學(xué)環(huán)節(jié)中，我選擇了以下幾個題目：

a.FIR濾波器設(shè)計(jì)

這個設(shè)計(jì)題目的主要目的是：了解FIR濾波器的原理及使用方法，了解使用MATLAB語言設(shè)計(jì)FIR濾波器的方法，了解FIR濾波器的DSP設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法，熟悉FIR濾波器的調(diào)試方法。

其基本要求是：使用MATLAB設(shè)計(jì)出采樣頻率為1000HZ，截止頻率為300HZ的FIR低通濾波器；在CCS中編寫程序，實(shí)現(xiàn)濾波器；生成40HZ和480HZ的合成信號，通過設(shè)計(jì)好的濾波器，驗(yàn)證濾波結(jié)果。

FIR濾波器是數(shù)字信號處理理論中的一個重要內(nèi)容，通過該題目，學(xué)生學(xué)會如何使用DSP芯片設(shè)計(jì)完成規(guī)定參數(shù)的濾波器。

b.按鍵測試設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)題目的主要目的為：了解DSP中斷的編程方法；了解DSP試驗(yàn)箱上按鍵中斷產(chǎn)生方法。了解DSP試驗(yàn)箱上數(shù)碼管的顯示編程方法。

基本要求是：本設(shè)計(jì)是一個測試鍵盤的實(shí)驗(yàn)，要求運(yùn)行程序后依次按鍵1～8，數(shù)碼管依次顯示7～0，任意按一鍵，其對應(yīng)的數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字。

c.定時器綜合設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)題目的主要目的是：了解DSP的定時器定時原理及定時時間計(jì)算方法；了解數(shù)碼管顯示原理及編程方法；了解DSP中斷編程方法。設(shè)計(jì)題目的基本要求是：本設(shè)計(jì)是定時器定時及顯示實(shí)驗(yàn)，通過編程，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示時間的功能，時間顯示的精度是ms級。

d.數(shù)碼管測試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)題目的主要目的是：了解數(shù)碼管顯示原理及編程方法，了解DSP的I/O端口編程方法。

設(shè)計(jì)題目的基本要求是：本設(shè)計(jì)是數(shù)碼顯示實(shí)驗(yàn)，通過編程，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管循環(huán)顯示功能，每個數(shù)碼管先依次顯示0，再依次顯示1，重復(fù)下去，直到依次顯示F后，重新依次顯示0。

e.液晶顯示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)題目的主要目的是：了解DSP的液晶屏顯示原理；了解DSP的I/O訪問方法；了解DSP試驗(yàn)箱液晶屏顯示編程方法。

設(shè)計(jì)題目的基本要求是：本設(shè)計(jì)是液晶屏顯示測試程序，程序運(yùn)行后，試驗(yàn)箱上的液晶屏顯示連續(xù)變化的圖像。

f.YUV圖像處理之漢字疊加

設(shè)計(jì)題目的主要目的是：了解YUV圖像的數(shù)據(jù)格式；了解圖像中漢字疊加原理；了解CCS中載入圖像數(shù)據(jù)，觀看圖像的方法；了解CCS中圖像處理編程方法。

設(shè)計(jì)題目的基本要求是：根據(jù)圖像疊加漢字的原理，在CCS中編程實(shí)現(xiàn)在YUV圖像上疊加漢字；載入測試圖像；運(yùn)行程序，測試程序的正確性。

以上是課程設(shè)計(jì)題目的一些例子，在這些題目里，有單純軟件上的設(shè)計(jì)，如YUV圖像處理之漢字疊加設(shè)計(jì)，這個題目能夠讓學(xué)生學(xué)會如何在CCS軟件上完成圖像處理的功能，即如何使用DSP芯片完成圖像處理的算法。有對硬件進(jìn)行的設(shè)計(jì)，如按鍵測試設(shè)計(jì)、定時器綜合設(shè)計(jì)及數(shù)碼管測試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)題目可以使學(xué)生對如何使用設(shè)計(jì)工具CCS完成對硬件I/O口的控制和操作有深入的了解。有創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)，如液晶顯示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)題目使學(xué)生在掌握對DSP硬件I/O口操作同時，掌握液晶顯示屏顯示方法，通過設(shè)計(jì)如何顯示出自己需要的圖像，完成知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生們也比較有興趣。在實(shí)際教學(xué)過程中，我發(fā)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)環(huán)境是學(xué)生們學(xué)習(xí)興趣最大，鍛煉動手能力，學(xué)習(xí)掌握知識效果最好的環(huán)節(jié)。

（2）課程設(shè)計(jì)方法及設(shè)備研究

在教學(xué)過程中，我發(fā)現(xiàn)了一些針對課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的一些問題，由于設(shè)備的限制，目前我們使用實(shí)驗(yàn)箱來完成課程設(shè)計(jì)的題目。實(shí)驗(yàn)箱的優(yōu)點(diǎn)是硬件的各個設(shè)備已經(jīng)連接好，并且經(jīng)過測試，運(yùn)行穩(wěn)定。但是同時，使用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行課程設(shè)計(jì)也存在諸多的缺點(diǎn)。由于實(shí)驗(yàn)箱的硬件連接已經(jīng)固定，對于硬件設(shè)計(jì)知識的學(xué)習(xí)只能通過觀察研究實(shí)驗(yàn)箱的連接完成，學(xué)生們不能自己動手重新設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)，進(jìn)行硬件連接，因此，有關(guān)硬件設(shè)計(jì)的知識在課程設(shè)計(jì)過程不能得到有效的實(shí)踐。另外，由于硬件連接固定，因此，課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容只能限定在硬件設(shè)備在試驗(yàn)箱上的題目，如果學(xué)生們想發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，開發(fā)一些非經(jīng)常使用的設(shè)備，那么就無法用試驗(yàn)箱完成。針對在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的這些問題，我認(rèn)為使用通用的開發(fā)板作為課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是更為合適的。

3.結(jié)語

數(shù)字信號處理應(yīng)用技術(shù)這門課是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)課，在本門課程課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，我通過對設(shè)計(jì)題目選擇，課程設(shè)計(jì)方法及相關(guān)設(shè)備的思考和研究，提出了一些教學(xué)上的改革意見，目的是通過這些改變，提高本門課程的教學(xué)效果，使學(xué)生們在課程設(shè)計(jì)階段學(xué)到知識，提高能力，更好的為將來的工作做準(zhǔn)備。

[1]張雄偉，曹鐵勇，陳亮，楊吉斌等.DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用（第四版）.北京：電子工業(yè)出版社.2009.3

[2]高海林，錢滿義.DSP技術(shù)及其應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社.北京交通大學(xué)出版社.2009.7

[3]TMS320C54x DSKplus User’s Guide.Texas Instruments.

[4]TMS320C54x Code Composer Studio Tutorial.Texas Instruments.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.148

數(shù)字信號處理應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計(jì);DSP芯片;教學(xué)研究;實(shí)驗(yàn)箱;開發(fā)板