陳瑞成 夏 帥 程國(guó)棟

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 江蘇 徐州 221000）

DSP，既被稱為數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，又指用于實(shí)時(shí)完成數(shù)字信號(hào)處理的微處理器。[1]DSP處理器因其存儲(chǔ)器架構(gòu)合理、處理速度快、實(shí)時(shí)性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于信號(hào)處理、通信、圖像識(shí)別、自動(dòng)控制、儀器儀表等領(lǐng)域。因此，DSP課程已成為國(guó)內(nèi)多所高校開(kāi)設(shè)的專業(yè)方向必修課程。[2]隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，DSP課程將煥發(fā)新生，以新能源為背景的電氣專業(yè)DSP課程建設(shè)與改革勢(shì)在必行。

新能源是一門多學(xué)科交叉的新興學(xué)科[3]，主體課程包括新能源發(fā)電技術(shù)和新能源汽車。無(wú)論是新能源發(fā)電還是新能源汽車都離不開(kāi)高性能的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的支持。DSP可以提供更高的處理速度和更多的外設(shè)資源，特別是模塊化的PWM控制模塊為新能源發(fā)電的變流器和新能源汽車用控制電機(jī)提供了更豐富的資源和控制自由度。因此，在新能源技術(shù)大發(fā)展的背景下，DSP課程的建設(shè)與改革應(yīng)更具特色，且能夠服務(wù)于新能源技術(shù)的發(fā)展。為了引導(dǎo)學(xué)生建立正確的世界觀、價(jià)值觀和人生觀，響應(yīng)國(guó)家“課程思政”建設(shè)的號(hào)召，DSP課程的改革還應(yīng)引入思政元素。

一、DSP 課程建設(shè)存在的問(wèn)題

（一）課程建設(shè)沒(méi)有結(jié)合專業(yè)特色

DSP課程涉及多個(gè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)高校電子、信息、電氣、自動(dòng)化等多個(gè)專業(yè)都開(kāi)設(shè)了DSP課程，帶有普適性，教授內(nèi)容基本一致，沒(méi)有結(jié)合專業(yè)特色。另外，DSP課程涉及內(nèi)容較多，包括硬件結(jié)構(gòu)、存取器分配、各種外設(shè)、匯編指令、寄存器操作、CCS軟件開(kāi)發(fā)等。由于是在大三下學(xué)期才開(kāi)設(shè)的專業(yè)方向性課程，學(xué)時(shí)較少，如何結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，是電氣專業(yè)DSP課程建設(shè)與改革首先要解決的問(wèn)題。

（二）知識(shí)結(jié)構(gòu)沒(méi)有結(jié)合實(shí)際應(yīng)用

傳統(tǒng)DSP課程側(cè)重于DSP芯片硬件結(jié)構(gòu)、匯編指令系統(tǒng)，應(yīng)用部分涉及較少，課程知識(shí)結(jié)構(gòu)沒(méi)有結(jié)合實(shí)際應(yīng)用。具體而言，體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，課程講授所使用的DSP芯片型號(hào)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有較大差距，更新?lián)Q代速度比較慢，導(dǎo)致課程知識(shí)結(jié)構(gòu)滯后，這對(duì)于應(yīng)用性較強(qiáng)的DSP課程來(lái)說(shuō)顯然是不合適的。另一方面，匯編語(yǔ)言使用的場(chǎng)合越來(lái)越少，把DSP課程的很大一部分學(xué)時(shí)分在匯編指令系統(tǒng)的講解上，不僅和單片機(jī)課程有所重復(fù)，而且壓縮了DSP課程應(yīng)用部分的學(xué)時(shí)，無(wú)法引入和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)更加相關(guān)的實(shí)例化內(nèi)容。

（三）課程設(shè)計(jì)沒(méi)有結(jié)合思政元素

和其他專業(yè)課程類似，DSP課程作為專業(yè)必修課程，更多地側(cè)重于學(xué)生專業(yè)知識(shí)的拓展和專業(yè)能力的提高，對(duì)于學(xué)生思想道德方面的培養(yǎng)很少涉及。而大三是大學(xué)生涯的重要節(jié)點(diǎn)，這一時(shí)期大學(xué)生將會(huì)進(jìn)行一次人生的重大抉擇——讀研或者就業(yè)，無(wú)論讀研還是就業(yè)，都需要正確的價(jià)值觀引導(dǎo)。讀研意味著繼續(xù)深造，意味著在中華民族偉大復(fù)興中有可能扮演更重要的角色，成為國(guó)家的高新技術(shù)人才，思想政治水平的提高至關(guān)重要。就業(yè)意味著走向社會(huì)，意味著將為祖國(guó)的社會(huì)主義建設(shè)添磚加瓦，需要具備辨別是非曲直的能力。DSP課程教學(xué)設(shè)計(jì)中思政元素的缺失，將使思政教育丟掉一塊重要陣地。

二、DSP 課程專業(yè)理論的建設(shè)與改革

（一）課程建設(shè)與改革的目標(biāo)

在新能源技術(shù)蓬勃發(fā)展的背景下，電氣專業(yè)DSP課程建設(shè)與改革的總體目標(biāo)為：培養(yǎng)能夠適應(yīng)新能源技術(shù)發(fā)展的電氣專業(yè)應(yīng)用型人才，通過(guò)課程內(nèi)容和形式上的改革，為《新能源汽車》《新能源發(fā)電》等課程提供更加堅(jiān)強(qiáng)的編程技術(shù)支持，促進(jìn)課程之間的交叉融合。具體而言，分為兩個(gè)方面：其一，以電氣專業(yè)為主體，結(jié)合新能源汽車技術(shù)，提高DSP課程的應(yīng)用性，對(duì)理論內(nèi)容進(jìn)行重新規(guī)劃，優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)。其二，定向開(kāi)發(fā)DSP實(shí)驗(yàn)裝置，打造課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程實(shí)訓(xùn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)相統(tǒng)一的一體化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

（二）課程知識(shí)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化

根據(jù)前述DSP課程建設(shè)與改革的目標(biāo)，對(duì)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整從兩個(gè)方面入手，分別是理論內(nèi)容的重新架構(gòu)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整合升級(jí)。

1.理論內(nèi)容的重新架構(gòu)

改革后的理論內(nèi)容包括DSP硬件基本機(jī)構(gòu)、主要外設(shè)功能應(yīng)用和DSP的綜合實(shí)例化三部分，所有涉及編程的內(nèi)容都使用C語(yǔ)言。這三部分內(nèi)容的選取非常必要，且相互銜接、環(huán)環(huán)相扣。硬件結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)主要是了解DSP的特點(diǎn)、硬件機(jī)理及與其他微處理器的區(qū)別。了解了硬件結(jié)構(gòu)，外設(shè)部分的學(xué)習(xí)更有針對(duì)性，通過(guò)外設(shè)功能的學(xué)習(xí)應(yīng)用，可為DSP的綜合實(shí)例化做準(zhǔn)備。DSP的綜合實(shí)例化，是課程應(yīng)用的終極目標(biāo)，通過(guò)增加來(lái)源于工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中的被控對(duì)象或復(fù)雜實(shí)訓(xùn)對(duì)象，例如直流電機(jī)、異步電機(jī)、直流無(wú)刷電機(jī)、永磁同步電機(jī)，可使學(xué)生加深對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的理解，建立起系統(tǒng)化思維。

具體而言，為了體現(xiàn)DSP最新發(fā)展技術(shù)，選擇浮點(diǎn)型DSP控制器TMS320F28335作為硬件結(jié)構(gòu)的講解對(duì)象。該款芯片是TI主推高性能TMS320C28x系列DSP控制器，主頻高達(dá)150MHz；具備I2C、SPI、eCAN、ePWM等總線接口，適用于各種控制類工業(yè)設(shè)備，在新能源領(lǐng)域也有較廣泛的應(yīng)用。選取的主要外設(shè)包括GPIO、ePWM、eQEP、ADC、SCI、SPI等，知識(shí)架構(gòu)由簡(jiǎn)到難，循序漸進(jìn)。DSP的綜合應(yīng)用實(shí)例選擇永磁同步電機(jī)DSP控制系統(tǒng)，永磁同步電機(jī)因其體積小、效率高是新能源電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用電機(jī)的首選，學(xué)生通過(guò)該實(shí)例的鍛煉和培養(yǎng)，為未來(lái)從事新能源及相關(guān)行業(yè)或者進(jìn)一步從事科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整合升級(jí)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)化升級(jí)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的調(diào)整。

實(shí)驗(yàn)裝置采用核心板和擴(kuò)展板雙層箱式結(jié)構(gòu)，功能分區(qū)和布局如圖1所示，圖中28335核心板和電機(jī)接口具有擴(kuò)展性。隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，更高性能的芯片也會(huì)被制造出來(lái)，課程也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，引入最新技術(shù)。此時(shí)，核心板的擴(kuò)展性優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了。而電機(jī)接口的可擴(kuò)展性，有利于更多的應(yīng)用實(shí)例被引入實(shí)驗(yàn)課程，直流電機(jī)、永磁無(wú)刷電機(jī)、永磁同步電機(jī)、交流異步電機(jī)都可以作為實(shí)驗(yàn)裝置的電機(jī)擴(kuò)展模塊。

圖1 DSP實(shí)驗(yàn)裝置功能分區(qū)和布局

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目則針對(duì)不同的應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整。針對(duì)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，設(shè)置3—5個(gè)基本外設(shè)實(shí)驗(yàn)，包括GPIO、ADC、PWM和SCI通信等；針對(duì)課程實(shí)訓(xùn)，除基本的外設(shè)實(shí)驗(yàn)外，增加難度較小的永磁無(wú)刷電機(jī)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)；針對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)，則可以進(jìn)行永磁同步電機(jī)矢量控制實(shí)驗(yàn)。

三、DSP 課程思政理論的探索與引入

課程思政是指高校教師在傳授課程知識(shí)的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為內(nèi)在德性，轉(zhuǎn)化為自己精神系統(tǒng)的有機(jī)構(gòu)成，轉(zhuǎn)化為自己的一種素質(zhì)或能力，成為個(gè)體認(rèn)識(shí)世界與改造世界的基本能力和方法。[4]“課程思政”的目標(biāo)是將全程育人的理念融入所有課程中。[5]因此，DSP課程也應(yīng)該引入思政元素。

（一）透過(guò)DSP課程看愛(ài)國(guó)主義教育

大學(xué)生是實(shí)現(xiàn)祖國(guó)偉大復(fù)興的后備力量，針對(duì)大學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義教育應(yīng)體現(xiàn)在大學(xué)生涯的每個(gè)時(shí)期。愛(ài)國(guó)主義教育不能停留在口號(hào)上，也不能僅僅依賴于思政課程的直接滲透，應(yīng)在專業(yè)課程的教學(xué)中融入愛(ài)國(guó)主義教育。[6]但專業(yè)課程的主要目的是提升學(xué)生的專業(yè)能力，這一點(diǎn)不能變，不能本末倒置，專業(yè)課程的愛(ài)國(guó)主義應(yīng)該是潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的。

在DSP課程的教學(xué)中，有很多可以和愛(ài)國(guó)主義相結(jié)合的點(diǎn)。講到DSP芯片的市場(chǎng)份額時(shí)，應(yīng)告訴學(xué)生，DSP芯片大都被國(guó)外公司壟斷，中國(guó)的DSP芯片基本上都依賴于進(jìn)口。但是，國(guó)內(nèi)的一些公司已經(jīng)開(kāi)始自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)，例如進(jìn)芯電子生產(chǎn)的3個(gè)系列的芯片與美國(guó)TI公司生產(chǎn)的DSP芯片完全兼容，且某些方面性能更優(yōu)，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情。提醒學(xué)生保持正確的認(rèn)知，不能偏激，既要學(xué)習(xí)美國(guó)先進(jìn)的技術(shù)和理念，又不能忘記中華民族的優(yōu)良傳統(tǒng)，要為祖國(guó)的偉大復(fù)興添磚加瓦。

（二）透過(guò)DSP芯片迭代看發(fā)展創(chuàng)新

新時(shí)代大學(xué)生應(yīng)該具備創(chuàng)新意識(shí)，能夠用創(chuàng)新思維獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題。而專業(yè)課的教學(xué)內(nèi)容更加貼近實(shí)際，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)通過(guò)選擇合適的內(nèi)容，提取其中的哲學(xué)思想，并以此對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政教育。

發(fā)展是哲學(xué)術(shù)語(yǔ)，DSP芯片的迭代更新就是體現(xiàn)了發(fā)展的內(nèi)涵，由低位到高位、由低頻率到高頻率、由定點(diǎn)型到浮點(diǎn)型、從單核到多核都體現(xiàn)了由小到大、由簡(jiǎn)到繁、由低級(jí)到高級(jí)、由舊物質(zhì)到新物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程。告誡學(xué)生要用發(fā)展的眼光看問(wèn)題，不能墨守成規(guī)；教育學(xué)生要有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維，要大膽求變。

四、結(jié)語(yǔ)

以電氣專業(yè)為主體，結(jié)合新能源發(fā)展背景，對(duì)DSP課程進(jìn)行建設(shè)和改革，從理論和實(shí)踐兩方面對(duì)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)課程理論內(nèi)容進(jìn)行重新架構(gòu)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行重新調(diào)整和升級(jí)，使其能夠滿足培養(yǎng)新能源技術(shù)人才的需要。以愛(ài)國(guó)主義教育和發(fā)展創(chuàng)新的哲學(xué)思想為切入點(diǎn)，在改革中引入思政元素，使專業(yè)必修課程也能起到“育人”的功能，體現(xiàn)“課程思政”全程育人的理念。本文對(duì)電氣專業(yè)DSP課程的建設(shè)與改革為其他專業(yè)相關(guān)課程改革提供了一個(gè)重要思路。