DSP实验教学改革与实践

李志远

(滨州学院　航空工程学院，山东　滨州　256600)



DSP实验教学改革与实践

李志远

(滨州学院航空工程学院，山东滨州256600)

DSP技术是一门工程性和实践性都很强的课程，在DSP实验教学中要重点培养学生的工程实践能力。介绍了TMS320VC5502实验平台的系统组成和主要特点，阐述了使用该平台在DSP实验教学、课程设计、学科竞赛等方面进行的探索与实践，并举例说明该平台在DSP实验教学中的应用。实践证明，改革措施能进一步激发学生学习的主动性和积极性，提高学生综合运用知识的能力。

DSP技术；实验教学；教学改革

DSP芯片的高速发展促进了实时数字信号处理技术的突飞猛进，DSP的市场规模也越来越大。为了满足企事业单位对DSP技术开发人员的大量需求，各本科高校纷纷开设DSP技术课程。DSP技术课程的实践性和应用性很强。DSP教学主要针对学生进行工程应用教育，培养学生的自学能力和实践能力，在DSP教学中需突出实践教学的重要地位。针对DSP实验教学中存在的实验过程复杂，内容缺乏实用性和创新性，考核机制单一以及实验设备落后等问题，选用美国德州仪器公司的开发平台，培养学生利用该平台设计DSP软硬件的能力，进而提高使用数字信号处理的方法解决实际问题的能力[1]。

1　理论教学内容

根据我校应用型人才培养目标，选用德州仪器生产的TMS320VC5502芯片进行CPU结构和外围电路的讲解。主要内容包括：芯片特点、硬件结构原理、硬件系统设计、软件系统设计、汇编语言与混合编程以及CCS(codecomposerstudio)集成开发环境的使用[2]。

结合我院DSP课程现有的条件以及实际情况，深化教学研究，优化教学内容，在以下4个方面进行改革以提高教学效果:1)抓住中央处理单元(centralprocessingunit，CPU)寄存器这条主线，强调对CPU寄存器的讲解要详细到位[3]，学生只要抓住这条主线，在学习该课程时就能从整体上进行把握；2)围绕DSP软硬件设计的中心——尽可能提高运算的速度，更好地适应数字信号处理算法；3)突出教学重点，教学中不需要做到面面俱到，对于体现DSP特性和优势的知识点需讲细讲透；4)结合实际应用案例进行讲授，在讲授实际案例时，联系整个开发过程一起来介绍，不但能提高学生学习兴趣，而且让学生在解决问题的过程中逐步掌握软件开发的步骤[4]。

2　实验教学内容

实验内容包括实验教学、开放实验、学科竞赛等，分别针对不同水平和不同学习方向的学生，从简单到复杂，以培养学生的设计和创新能力[5]。

2.1实验教学

开发平台的基本架构如图1所示，包括主频300MHz的TMS320VC5502芯片、2M×32位的SDRAM、256K×16位的Flash、看门狗电路(WatchDogTimer)、主机接口HPI、异步收发传输器UART和AC97 标准的Audio音频接口。

图1　开发平台的基本架构

在此平台上进行以下8个实验：1)CCS入门实验；2)DSP数据存取实验；3)DARAM读写实验；4)定时器控制实验；5)交通灯实验；6)A/D采样实验；7)无限冲击响应(infiniteimpulseresponse，IIR)滤波器算法实验；8)回声实验。通过实验，学生应该掌握以下6个方面的内容：1)明确实验目的；2)明确实验包含的文件；3)画出程序流程；4)写出实验步骤及每一步的执行情况；5)给出实验结果；6)分析实验结果。在写实验报告时也应包括以上内容[6]。

下面以无限冲击响应(IIR)滤波器算法实验为例进行较为详细的介绍。

1)实验目的。

① 掌握IIR数字滤波器的设计过程；

② 了解IIR数字滤波器的原理和特性；

③ 熟悉设计IIR数字滤波器的原理和方法。

2)实验包含的文件。

①DEC5502_Filter.c：这是实验的主程序，包括了系统的初始化，音频芯片的各控制寄存器初始化，A/D采样的程序，IIR_Filter子程序；

② 音频芯片各控制寄存器的初始化程序；

③ 多通道缓存串行口配置程序；

④ 链接命令文件：声明了系统的存储器配置与程序各段的连接关系。

3)程序流程。

无限冲击响应数字滤波器实验流程如图2所示。

图2　无限冲击响应数字滤波实验流程

4)写出实验步骤。

① 打开CCS，进入CCS的操作环境；

②创建工程文件DEC5502_IIR.pjt，添加SEED_DEC5502.gel文件，开始进行调试；

③编辑DEC5502_Filter.c文件，修改SAMPLELONG宏定义，确定采样长度；

④修改宏定义后，编译以及连接生成DEC5502_Filter.out文件，然后装载程序DEC5502_Filter.out；

⑤ 设置好实验箱的信号源。利用液晶屏和键盘，选择“信号发生器设置”菜单，设置好信号源；

⑥ 在DEC5502_Filter.c文件设置断点；

⑦ 运行程序，程序停在第一个断点处，表明数据采集完成，这是滤波前信号，如图3所示；继续执行程序，程序会在第2个断点处停住，表示滤波完成。此时能观察收到的数据并显示为图像，如图4所示，为滤波后信号。

5)给出实验结果，并进行分析。

比较滤波前后信号图像，发现高频干扰明显得到了抑制，说明该低通滤波器的效果良好。

图3　滤波前信号

图4　滤波后信号

2.2开放实验

实验室全天开放。成绩优秀、实践能力强的学生，经选拔考核后进入实验室锻炼。很多同学在实验室进行训练后，毕业前就已经成为系统开发和电路设计的熟手，并能参与DSP技术教材的部分编写校对工作和相关的科研工作。通过在实验室进行开放性实验项目的锻炼后，学生掌握了应用DSP技术设计DSP软硬件系统实时处理各种信号的能力；通过撰写实验报告，总结项目论证、电路设计和系统调试的过程，提高了学生的科研素质，为以后的工作和深造奠定了良好的基础[7]。

积极推行教学实践创新活动，开展了小组协同学习方式的探索。通过提高实验难度及实验内容的综合性，布置了一些大的实验题目，学生通过组建4～6人的实验小组来共同完成。收到了较好的实验效果，并进一步提高了教学质量，受到了学生的普遍欢迎[8]。

2.3学科竞赛

为培养学生的创新意识，引导学生积极参加创新实践，鼓励学生积极参加全国大学生电子设计大赛、大学生节能减排大赛等创新科技活动。另外学院还设立了大学生研究训练计划、大学生创新基金等项目[9]。每年学院都会遴选若干学习扎实、创新意识和实践能力强的学生参加全国大学生电子设计大赛。2011年“瑞萨”杯全国大学生电子设计竞赛中，我院学生获得山东省一等奖5项、二等奖5项，全国二等奖3项；2012年“TI”杯全国大学生电子设计竞赛中获得山东赛区一等奖3项、二等奖8项；2013年“瑞萨杯”全国大学生电子设计竞赛中，我院学生荣获山东省二等奖10项、一等奖5项。获奖的层次和数量居省内同类高校前列。对学生而言，创新科技活动的开展，不仅培养了学生的创新意识，提高了创新能力，而且能够培养和发展拼搏精神和团队合作精神，营造出一种积极向上的学风和浓厚的学术气氛[10]。

3　多元化的实验考核方式

只有考核方式科学合理，才能对学生的学习效果作出公平公正的评价。传统的考核方法不能体现学生分析解决问题的能力，也不利于学生的综合素质培养。考虑到DSP技术这门课程的理论教学和实践环节是紧密结合的，考核方式将结合上机实验、课程设计和实验考试等多个环节，促使学生更加注重平时的学习过程，使学生从应试型转变到能力型[11]。

实验成绩的评定，应当全面、公正、客观地反映学生的实验情况，特别是学生的动手能力和解决实际问题的能力。考核指标包括实验的预习、实验的过程和撰写实验报告，每个实验项目可分为小项，各个指标的权重和分值根据实际情况制定[12]。课下布置几个项目，让同学们分组选题进行课程设计，根据题目搜集相应资料，分析要求作出课题方案并进行系统实现，根据项目进程和效果进行评价。实验考试要对学生的综合素质进行考核，具体方法是：教师给出若干实验题目，学生结合自身实际和实验条件选择1题，在规定时间内完成设计任务；目的是考察学生的实验设计能力、排除故障能力和软件调试能力[13]。

4　结束语

将TMS320VC5502开发平台应用于DSP实验课程当中，开展实验教学、开放实验和电子设计竞赛。针对DSP实验的人才教学模式进行了改革和探索，合理地选择教学内容，打破传统教学模式，创新教学方法，引入多元化的考核方式，变“老师教”为“学生学”，调动了学生学习的主动性，提高了学生的自学能力和创新能力。实验教学改革结合了学生的课外创新科技活动，两者形成良好有机的互动。实践证明改革后的DSP技术实验课程提高了学生对DSP实验的学习兴趣，得到了学生的欢迎，人才培养质量明显提高，取到了良好的效果。

[1]刘艳萍.DSP技术原理及应用教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[2] 雷可君.电子信息类应用型专业教学内容改革实践——以DSP原理及应用课程的改革为例[J].高等理科教育，2012(1)：153-155.

[3] 刘卫东，卜丽.DSP实验课程教学研究与探索[J].实验技术与管理，2012，29(3)：170-172.

[4] 宁更新，李建中，方学阳，等.DSP实验多元化教学方法的探索[J].实验室研究与探索，2011，30(7)：121-122.

[5] 孙成立，王希敏.DSP技术课程研究型教学模式探索[J].实验室研究与探索，2010，29(11)：306-308.

[6] 吕宏，黄钉劲.DSP技术课程教学中MATLAB应用的探索与实践[J].信息技术，2014(2)：77-79.

[7]曹洪龙，胡剑凌，邵雷，等.“DSP技术”课程教学探索与实践[J].电气电子教学学报，2013，35(4)：42-43.

[8]钱堃，房芳.面向运动控制的DSP技术及课程设计教学[J].电气电子教学学报，2013，35(2)：27-29.

[9]杨光，秦永左，冯涛.电子信息类专业DSP应用技术教学的研究与实践[J].科教导刊旬刊，2013(34)：214-215.

[10]黄慧春，胡仁杰.DSP应用教学的探索与实践[J].实验技术与管理，2007，24(1)：131-133.

[11]杨风开，王彬，李军.电气类DSP实验教学内容设计及实验装置研制[J].实验室研究与探索，2008，27(3)：33-35.

[12] 徐盛，胡剑凌，耿相铭，等.面向研究生的课程设计——DSP开放式教学[J].实验室研究与探索，2004，23(2)：47-48.

[13] 曹阳，赵明富，黄丽雯，等.基于应用型人才培养的DSP技术课程教学改革与实践探讨[J].电脑知识与技术，2012，8(4)：951-952.

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

山东省高等学校精品课程“DSP应用技术”(2012BK006)；滨州学院实验技术研究项目(BZXYSYXM201304)。

李志远(1983-)男，硕士，讲师，主要从事数字信号处理、DSP应用技术等的教学科研及实验工作。

G642.423

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.046