李志遠

(濱州學院　航空工程學院，山東　濱州　256600)

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DSP實驗教學改革與實踐

李志遠

(濱州學院航空工程學院，山東濱州256600)

DSP技術是一門工程性和實踐性都很強的課程，在DSP實驗教學中要重點培養(yǎng)學生的工程實踐能力。介紹了TMS320VC5502實驗平臺的系統(tǒng)組成和主要特點，闡述了使用該平臺在DSP實驗教學、課程設計、學科競賽等方面進行的探索與實踐，并舉例說明該平臺在DSP實驗教學中的應用。實踐證明，改革措施能進一步激發(fā)學生學習的主動性和積極性，提高學生綜合運用知識的能力。

DSP技術；實驗教學；教學改革

DSP芯片的高速發(fā)展促進了實時數字信號處理技術的突飛猛進，DSP的市場規(guī)模也越來越大。為了滿足企事業(yè)單位對DSP技術開發(fā)人員的大量需求，各本科高校紛紛開設DSP技術課程。DSP技術課程的實踐性和應用性很強。DSP教學主要針對學生進行工程應用教育，培養(yǎng)學生的自學能力和實踐能力，在DSP教學中需突出實踐教學的重要地位。針對DSP實驗教學中存在的實驗過程復雜，內容缺乏實用性和創(chuàng)新性，考核機制單一以及實驗設備落后等問題，選用美國德州儀器公司的開發(fā)平臺，培養(yǎng)學生利用該平臺設計DSP軟硬件的能力，進而提高使用數字信號處理的方法解決實際問題的能力[1]。

1　理論教學內容

根據我校應用型人才培養(yǎng)目標，選用德州儀器生產的TMS320VC5502芯片進行CPU結構和外圍電路的講解。主要內容包括：芯片特點、硬件結構原理、硬件系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計、匯編語言與混合編程以及CCS(codecomposerstudio)集成開發(fā)環(huán)境的使用[2]。

結合我院DSP課程現有的條件以及實際情況，深化教學研究，優(yōu)化教學內容，在以下4個方面進行改革以提高教學效果:1)抓住中央處理單元(centralprocessingunit，CPU)寄存器這條主線，強調對CPU寄存器的講解要詳細到位[3]，學生只要抓住這條主線，在學習該課程時就能從整體上進行把握；2)圍繞DSP軟硬件設計的中心——盡可能提高運算的速度，更好地適應數字信號處理算法；3)突出教學重點，教學中不需要做到面面俱到，對于體現DSP特性和優(yōu)勢的知識點需講細講透；4)結合實際應用案例進行講授，在講授實際案例時，聯系整個開發(fā)過程一起來介紹，不但能提高學生學習興趣，而且讓學生在解決問題的過程中逐步掌握軟件開發(fā)的步驟[4]。

2　實驗教學內容

實驗內容包括實驗教學、開放實驗、學科競賽等，分別針對不同水平和不同學習方向的學生，從簡單到復雜，以培養(yǎng)學生的設計和創(chuàng)新能力[5]。

2.1實驗教學

開發(fā)平臺的基本架構如圖1所示，包括主頻300MHz的TMS320VC5502芯片、2M×32位的SDRAM、256K×16位的Flash、看門狗電路(WatchDogTimer)、主機接口HPI、異步收發(fā)傳輸器UART和AC97 標準的Audio音頻接口。

圖1　開發(fā)平臺的基本架構

在此平臺上進行以下8個實驗：1)CCS入門實驗；2)DSP數據存取實驗；3)DARAM讀寫實驗；4)定時器控制實驗；5)交通燈實驗；6)A/D采樣實驗；7)無限沖擊響應(infiniteimpulseresponse，IIR)濾波器算法實驗；8)回聲實驗。通過實驗，學生應該掌握以下6個方面的內容：1)明確實驗目的；2)明確實驗包含的文件；3)畫出程序流程；4)寫出實驗步驟及每一步的執(zhí)行情況；5)給出實驗結果；6)分析實驗結果。在寫實驗報告時也應包括以上內容[6]。

下面以無限沖擊響應(IIR)濾波器算法實驗為例進行較為詳細的介紹。

1)實驗目的。

① 掌握IIR數字濾波器的設計過程；

② 了解IIR數字濾波器的原理和特性；

③ 熟悉設計IIR數字濾波器的原理和方法。

2)實驗包含的文件。

①DEC5502_Filter.c：這是實驗的主程序，包括了系統(tǒng)的初始化，音頻芯片的各控制寄存器初始化，A/D采樣的程序，IIR_Filter子程序；

② 音頻芯片各控制寄存器的初始化程序；

③ 多通道緩存串行口配置程序；

④ 鏈接命令文件：聲明了系統(tǒng)的存儲器配置與程序各段的連接關系。

3)程序流程。

無限沖擊響應數字濾波器實驗流程如圖2所示。

圖2　無限沖擊響應數字濾波實驗流程

4)寫出實驗步驟。

① 打開CCS，進入CCS的操作環(huán)境；

②創(chuàng)建工程文件DEC5502_IIR.pjt，添加SEED_DEC5502.gel文件，開始進行調試；

③編輯DEC5502_Filter.c文件，修改SAMPLELONG宏定義，確定采樣長度；

④修改宏定義后，編譯以及連接生成DEC5502_Filter.out文件，然后裝載程序DEC5502_Filter.out；

⑤ 設置好實驗箱的信號源。利用液晶屏和鍵盤，選擇“信號發(fā)生器設置”菜單，設置好信號源；

⑥ 在DEC5502_Filter.c文件設置斷點；

⑦ 運行程序，程序停在第一個斷點處，表明數據采集完成，這是濾波前信號，如圖3所示；繼續(xù)執(zhí)行程序，程序會在第2個斷點處停住，表示濾波完成。此時能觀察收到的數據并顯示為圖像，如圖4所示，為濾波后信號。

5)給出實驗結果，并進行分析。

比較濾波前后信號圖像，發(fā)現高頻干擾明顯得到了抑制，說明該低通濾波器的效果良好。

圖3　濾波前信號

圖4　濾波后信號

2.2開放實驗

實驗室全天開放。成績優(yōu)秀、實踐能力強的學生，經選拔考核后進入實驗室鍛煉。很多同學在實驗室進行訓練后，畢業(yè)前就已經成為系統(tǒng)開發(fā)和電路設計的熟手，并能參與DSP技術教材的部分編寫校對工作和相關的科研工作。通過在實驗室進行開放性實驗項目的鍛煉后，學生掌握了應用DSP技術設計DSP軟硬件系統(tǒng)實時處理各種信號的能力；通過撰寫實驗報告，總結項目論證、電路設計和系統(tǒng)調試的過程，提高了學生的科研素質，為以后的工作和深造奠定了良好的基礎[7]。

積極推行教學實踐創(chuàng)新活動，開展了小組協同學習方式的探索。通過提高實驗難度及實驗內容的綜合性，布置了一些大的實驗題目，學生通過組建4～6人的實驗小組來共同完成。收到了較好的實驗效果，并進一步提高了教學質量，受到了學生的普遍歡迎[8]。

2.3學科競賽

為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，引導學生積極參加創(chuàng)新實踐，鼓勵學生積極參加全國大學生電子設計大賽、大學生節(jié)能減排大賽等創(chuàng)新科技活動。另外學院還設立了大學生研究訓練計劃、大學生創(chuàng)新基金等項目[9]。每年學院都會遴選若干學習扎實、創(chuàng)新意識和實踐能力強的學生參加全國大學生電子設計大賽。2011年“瑞薩”杯全國大學生電子設計競賽中，我院學生獲得山東省一等獎5項、二等獎5項，全國二等獎3項；2012年“TI”杯全國大學生電子設計競賽中獲得山東賽區(qū)一等獎3項、二等獎8項；2013年“瑞薩杯”全國大學生電子設計競賽中，我院學生榮獲山東省二等獎10項、一等獎5項。獲獎的層次和數量居省內同類高校前列。對學生而言，創(chuàng)新科技活動的開展，不僅培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識，提高了創(chuàng)新能力，而且能夠培養(yǎng)和發(fā)展拼搏精神和團隊合作精神，營造出一種積極向上的學風和濃厚的學術氣氛[10]。

3　多元化的實驗考核方式

只有考核方式科學合理，才能對學生的學習效果作出公平公正的評價。傳統(tǒng)的考核方法不能體現學生分析解決問題的能力，也不利于學生的綜合素質培養(yǎng)?？紤]到DSP技術這門課程的理論教學和實踐環(huán)節(jié)是緊密結合的，考核方式將結合上機實驗、課程設計和實驗考試等多個環(huán)節(jié)，促使學生更加注重平時的學習過程，使學生從應試型轉變到能力型[11]。

實驗成績的評定，應當全面、公正、客觀地反映學生的實驗情況，特別是學生的動手能力和解決實際問題的能力?？己酥笜税▽嶒灥念A習、實驗的過程和撰寫實驗報告，每個實驗項目可分為小項，各個指標的權重和分值根據實際情況制定[12]。課下布置幾個項目，讓同學們分組選題進行課程設計，根據題目搜集相應資料，分析要求作出課題方案并進行系統(tǒng)實現，根據項目進程和效果進行評價。實驗考試要對學生的綜合素質進行考核，具體方法是：教師給出若干實驗題目，學生結合自身實際和實驗條件選擇1題，在規(guī)定時間內完成設計任務；目的是考察學生的實驗設計能力、排除故障能力和軟件調試能力[13]。

4　結束語

將TMS320VC5502開發(fā)平臺應用于DSP實驗課程當中，開展實驗教學、開放實驗和電子設計競賽。針對DSP實驗的人才教學模式進行了改革和探索，合理地選擇教學內容，打破傳統(tǒng)教學模式，創(chuàng)新教學方法，引入多元化的考核方式，變“老師教”為“學生學”，調動了學生學習的主動性，提高了學生的自學能力和創(chuàng)新能力。實驗教學改革結合了學生的課外創(chuàng)新科技活動，兩者形成良好有機的互動。實踐證明改革后的DSP技術實驗課程提高了學生對DSP實驗的學習興趣，得到了學生的歡迎，人才培養(yǎng)質量明顯提高，取到了良好的效果。

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Reform and Practice of DSP Experiment Teaching

LI Zhiyuan

(CollegeofAeronauticalEngineering，BinzhouUniversity，Binzhou256600，China)

DSP(DigitalSignalProcessor)technologyisacomprehensivecoursewhichinvolvesengineeringtechnologyandpractice.Hence，helpingthestudentstodevelopengineeringutilitycapabilitystandsthemainpositioninDSPexperimentcourse.ThesystemcomponentsandthemainfeaturesofTMS320VC5502experimentalplatformwereintroduced，andthensomeusefulexplorationandpracticebasedonthisplatform，includingDSPexperimentteaching，openexperimentandsubjectcompetition，weredescribedindetail.Furthermore，somespecificapplicationsinDSPexperimentteachingwereillustrated.Itshowsthatthenewreformisusefultofurtherstimulatestudents’learninginitiativityandcreativity，sotheircomprehensiveknowledgeutilizationabilityisenhancedsimultaneously.

DSPtechnology；experimentteaching；teachingreform

2015-04-02；修改日期: 2015-04-13

山東省高等學校精品課程“DSP應用技術”(2012BK006)；濱州學院實驗技術研究項目(BZXYSYXM201304)。

李志遠(1983-)男，碩士，講師，主要從事數字信號處理、DSP應用技術等的教學科研及實驗工作。

G642.423

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.046