基于虚拟仿真的DSP课程教育模式探索

翟渊+李作进++杨君玲

摘要：为了提高DSP课程的教学水平，对DSP课程的教学改革进行了探讨，分析了课程改革的目标及该课程存在的主要问题，从课程的教学方法、实践方式、考核内容以及提升教师自身能力等几个方面对课程的教学改革方法进行了探讨。

关键词：DSP；教学方法；实践方式；考核内容

中图分类号：G44 文献标示码：A

数字信号处理器（digital signal processor，DSP）是对数字信号进行高速实时处理的专用处理器，它具有计算速度快、体积小、功耗低等优点，是实现数字信号处理的强大工具[1]。目前，随着半导体工艺的提高，DSP芯片的性价比越来越高，DSP在信号处理、语音图像、仪器仪表、医疗电子、电池管理等诸多领域被广泛应用，相关工程领域对DSP芯片以及掌握DSP技术的人才的需求也越来越大，国内许多高校的工科专业为研究生和本科生开设了DSP课程。

一、课程改革的目标

DSP课程的培养目标，除了使学生掌握DSP的原理及应用方法，还要培养学生的动手实践能力，要求课程的教学应该更偏重于实践环节，重视实验内容规划和实验平台建设。教师不仅要精通DSP的知识体系，还必须具备一定的工程设计素养[2]。对于DSP课程而言，教学过程中使学生不仅学到DSP软硬件及外设应用知识，同时也要实际产品设计开发能力。虚拟仿真软件的引入，丰富的虚拟测试仪器、仪表资源也被引入进来，丰富的原件库使得DSP应用开发也可以利用仿真软件实现，在虚拟仿真软件进行DSP应用的开发，学生不仅掌握了DSP相关的理论知识同时也掌握了DSP实际工程项目的设计能力。这样，学生毕业后能够快速地在DSP相关领域进行产品设计与开发，真正提高学生的专业技能和素质。

二、DSP教学存在的问题

在知识更新方面，DSP技术发展很快、比如对于C2000系列，已经从原来TMS320F2407发展到TMS320F2812然后再到目前的TMS320F28335，DSP器件的性能以及外设已经发生了巨大的飞跃，但一些老师还在讲授TMS320F2407，很多年前的讲稿还在使用，教材也选用几年前的教材。DSP迅猛发展的新知识不能及时传授给学生，课堂所讲内容严重滞后于当前的主流技术应用，致使学生毕业后对DSP项目不能迅速上手开发。

在DSP教学方面，“填鸭式”的教学方式忽略了学生的主体作用，这种教学方式对于DSP课程这种实践性很强的课程显得很不合时宜，直接导致DSP课程晦涩难懂。比如在讲CMD文件的配置时，如果学生不理解存储器映射的道理，那么CMD文件的配置只能照本宣科，只能跟着老师进行配置，一旦自己开发项目则无法对CMD文件进行正确配置。

在教学手段方面，老师讲课还是以讲芯片各部分的外设为主，比如对事件管理模块这一部分为例，教师花了大量时间讲解PWM的工作原理，工作方式，PWM控制器的结构，配置寄存器等内容，耗费大量时间，但真正实践还要等到同学去做实验才能实现。学生在课堂上只能听到枯燥的原理、以及大量的寄存器及配置方式，不能和实践相结合，难以达到理想的学习效果。

实践操作方面，DSP课程是实践性很强的应用性课程，实验对培养学生在DSP技术方面的工程应用能力与科技创新能力至关重要。然而，DSP实验室的建设需要大量的硬件设备支持，PC机，试验箱，仿真器，扩展模块等缺一不可，这些需要大量的购买和维护经费，难以做到满足所有同学的需求，而几个同学公用一套设备又往往造成只有一个同学在做，其他同学只是围观的情况，实践效果变得很差，这也使得DSP的考核方式只能以最后的理论考试进行考核，单纯的理论考核很难反映出学生的DSP的学习水平。

因此，DSP课程需要在教学内容、模式、手段和考核方法等方面进行教学改革，虚拟仿真软件Proteus作为功能强大的单片机应用系统的虚拟仿真平台，已经成为单片机原理课程教学改革的重要工具[3]。Proteus目前已经支持DSP的开发，因此把Proteus仿真软件引入DSP教学环节从而促进DSP课程的教学改革显得势在必行。

三、DSP课程教学改革方法

（1）教学方法的改进

如前所述，传统的课堂教学只传授理论的教学方式使得课堂教学效果很差，学生难以理解，因此可通过引入虚拟仿真教学来强化学生的理解。老师在课堂上首先讲授一些必需的知识点，如芯片参数、各部分外设工作原理外，其它学时可以在通过虚拟仿真软件的演示来加深学生对这些知识点的理解。以串口通信知识点为例，教师在教室里讲解了串口的结构、原理和寄存器设置等内容后，利用虚拟仿真软件搭建DSP的串口通信实例，通过实例程序，给学生介绍几个寄存器的设置，并用串口实现通信的功能。实例运行以后抽查学生上台动手操作，并让他们通过寄存器的不同设置得到不同的波特率和通信方式，达到对串口这一知识点的深入理解。课后布置一个串口通信的小作业让学生自己完成，由于虚拟仿真不需要实物，学生只要有电脑就能进行编程操作。

（2）强调学生的实践能力

实践教学对于增强学生的感性认识、学习和掌握理论知识，提高学生的综合素质、培养学生的实践能力与创新精神具有重要作用。教师应自己主持和设计实践教学环节，并提前发给学生，学生可提前预习以及编写程序，到实验室也只是验证自己的程序是否正确。由于可利用电脑进行仿真编程，因此试验箱的作用只是用来验证仿真与实验是否一致，Proteus仿真软件经过这么多年的发展已经做到仿真和实际基本一致，不一致的情况也主要是一些时序方面，这种情况目前也极少发生。为了培养学生自主学习的兴趣和积极性，锻炼和提高学生的實践能力，还应该在最后一次实验为学生设计具体的DSP项目的实验。把目前市场上具体的DSP项目引入到实验环节让学生来完成，通过DSP项目的开发，推进教育教学与生产劳动和社会实践的紧密结合，使得学生毕业后能快速上手DSP产品的开发。

（3）突出实践的课程考核方式

课程的考核方式作为教学的最后环节，能够检验教学的效果，但DSP课程作为实践性较强的课程，若采用传统的闭卷考核方式则不能够反应学生的学习效果，也就是会出现我们常说的高分低能的现象。因此DSP课程的期末考试拟包括两部分：试卷的理论部分占30%，综合性实验占70%。综合性实验为一个具体的DSP程序设计题目，程序的编写及最终的运行效果在Proteus软件上进行，因此期末考试也安排实验室中进行，学生利用虚拟仿真软件来检验程序的正确与否。由于不需要实验板，也不存在实验板常出现的硬件问题，因此学校的硬件设施基本上能够满足考试的硬件要求。

（4）提升教师自身实践能力

在教学过程中教师要努力把科研成果、工程实践和工程经验转化为教学内容，把新知识、新理论和新技术充实到教学内容中，为学生提供符合时代需要的教学内容。首先，根据课程内容与教师自己的研究方向，选择与单片机相关的企业进行具体的DSP设计项目的技术合作。其次，学院应对教师的实践能力进行考核，以此来增加教师实践的积极性。随着信息技术及智能化的不断发展进步，如DSP也逐渐向更高性能的方向发展，每过几年DSP芯片也会换代，外设越来越复杂，性能也越来越强，对此教师自己也应有清醒的认识，只有通过不断掌握新知识，才能教给学生新知识，才能适应社会不断发展的需要。

四、总结

现行高校DSP课程主要是以课堂教育为主，课堂教育与实践环节的脱节使得学生实践部分不能顺利完成，难以满足学生毕业后工作和竞争的需要。而本文通过引入虚拟仿真技术到DSP课程中，注重了学生的实践环节，提高了学生实际动手能力。本文对DSP课程改革的教学方法、授课方式、考核方式、考核内容等进行了探讨，可为高校工科专业DSP课程建设与改革提供一定的参考。

参考文献：

[1]姚睿，李增武，付大丰，等.基于Proteus的DSP虚拟实验系统设计与开发[J].实验技术与管理，2015，32（3）：123-125.

[2]周开军，陈勇.商科院校“DSP技术及应用”课程教学改革[J].中国电力教育，2011（5）：79-81.

[3]张毅刚，胡瑞强.基于Proteus的单片机课程的教学改革与实践能力培养[J].教育教学论坛，2012（5）：149-150.

作者简介：翟淵，男，汉族，1983年12月生，河南商丘人，重庆科技学院讲师，博士，主要从DSP教学及研究。