基于双平台的“系统设计与仿真课程设计”教学改革

洪波 王秀敏 单良 徐明彪 董艳燕

摘 要：文章首先对系统设计与仿真课程设计教学过程中存在的问题进行分析，结合目前DSP应用技术课程的教学现状，提出了一种“EDA技术+DSP技术”双平台实验模式的教学改革，设计了多个课程设计题目。新的教学模式不仅能增强了学生的实践能力也培养了学生独立思考能力，激发了学生的学习兴趣和创造性。

关键词：双平台；教学改革；DSP技术；EDA技术；

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）12-0106-03

Abstract： This paper firstly analyzes existing problems in the teaching process of system design and simulation course design， then puts forward an experiment teaching reform mode based on double-platform of DSP technology and EDA technology combined with present teaching situation of DSP course， and finally designs several course subjects. New teaching modes can develop student's practical abilities， cultivate their independent abilities and stimulate their learn interest and creativeness.

Keywords： double platform； teaching reform； DSP technology； EDA technology

引言

课程设计[1]是实践教学环节的重要组成部分，因为它是学生进行理论联系实际的纽带，致力于培养学生的动手能力、分析问题及解决问题的能力，使学生从被动学习转为主动学习，也为后续的毕业设计、科研工作奠定一定基础。我校开设的《系统设计与仿真课程设计》是一门面向电子信息工程、通信工程专业的专业实践课程，属于研究设计类课程，旨在培养学生对仿真工具和各种电子技术的综合运用能力。

目前系统设计与仿真课程设计，主要培养学生对EDA技术[2-5]和Quartus仿真工具的综合运用能力，教学模式主要是采用项目式教学的模式。每位学生在台式机安装好编程软件，即可进行程序的编写，通过驱动程序和下载工具可以将编写好的程序下载到EDA开发板验证与测试。

随着计算机技术的发展，嵌入式技术已经成为信息时代的主力军，而数字信号处理技术（Digital Signal Processing，简称DSP）是嵌入式系统的重要分支之一，被广泛应用到电讯、计算机网络、电视技术等多个领域当中。因此，DSP技术[5-8]与应用已经成为电子信息类高校学生必须掌握的一门重要技术。

一、《DSP应用技术》及《系统设计与仿真课程设计》教学现状

我校面向电子信息工程、通信工程专业学生，开设了32学时的《DSP应用技术》课程。《DSP应用技术》是一门技术性和工程性都很强的课程。通过该课程的学习，使学生掌握DSP技术及其开发应用，对提高学生创新实践有着重要的意义。然而由于学时有限，外加DSP芯片各种外设资源寄存器繁多，操作复杂，因此教师只能简单讲解外设硬件结构原理和外设资源接口编程。学生在学习过程中是处于被动状态的，因此常常有学生反映学习内容枯燥难懂。该课程仅有8学时的实验教学，包含一个验证性实验和两个设计性实验，学生在实践过程中更多的是观察实验结果，并未真正理解和运用知识，也不能培养分析问题、解决问题的能力，不能满足企业单位信息化建设的用人需求。

目前我校开设的《系统设计与仿真课程设计》在开展过程中存在一些弊端，主要有下面几个问题。1、课程设计题目少。开设的课程设计题目仅有4～5个题目。这导致多组学生同时做一个题目，常常造成抄袭现象，无法达到课程设计的真正题目。由于受到资金的限制，开发板套数受限，部分学生仅仅用开发板进行下载验证与测试，并未考虑开发板硬件电路，忽视了学生实验能力的培养。2、课程设计题目内容单一，与其他专业课关联少，缺乏综合设计能力的培养。大多数设计题目仅仅依赖于EDA技术知识本身，导致设计题目简单、功能性不强，深度不够，无法激发学生的兴趣和创造性。

二、双平台[9-10]构建的必要性和重要性

DSP技術、EDA技术以其各自的特点满足了各种需要，正从各个领域各个层面改变着世界，它们已经成为数字时代的核心动力。因此，我们在系统设计与仿真课程设计中引入DSP技术，提出一种双平台实验模式“DSP技术+EDA技术”，这两个平台各有自己的特点，灵活运用实现课程设计题目。

为提高学生DSP开发实践能力，增加基于DSP技术的课程设计题目，使学生进一步理解DSP芯片的硬件结构特点，掌握DSP系统的开发流程和编程方法、调试方法及仿真方法，加强学生的实际动手能力、分析问题和解决问题能力，提高学生学习兴趣，提高工程意识，为学生毕业后从事DSP系统设计方面的工作打下坚实的实践基础。

为提高学生的学习兴趣和加强理论知识的理解，增加课程设计题目的多样性和新颖性。随着电子技术、通信技术日新月异，新的技术不断产生，因此，很有必要把EDA教学与专业课程如《数字信号处理》、《通信原理》教学结合起来，这不仅是适应信息技术发展的需要，也是高等教育实践环节改革的必然趋势。此类题目具有较强的理论性和设计性，能激发学生的学习兴趣。锻炼学生综合运用先修电子类课程知识的能力，促使学生建立整体设计的理念，激发学生的独立设计能力和创新能力。

三、基于“双平台”课程设计题目的设计

课程设计题目设计时需遵循以下几个原则：1.系统性原则。课程设计教学应遵照“循序、系统、连贯”的实施过程，保证学生获得系统的知识和技能，实现对客观世界的规律性认识和理解，利于学生对知识综合利用及融会贯通。2.综合与应用性原则。应用性是指培养学生利用所学知识解决实际问题的综合应用能力。综合性体现在学生可以采用两种及两种以上的专业知识理论来解决问题，达到培养学生综合应用的能力。3.可操作性原则。课程设计项目可操作性主要指项目要符合学生的知识能力和认识规律，使得学生能够通过对专业知识的理解和消化完成实验过程。备选的课程设计题目大致分为3类：基于EDA技术的设计类题目；基于DSP技术的设计类题目；学生自拟题目[11-13]，具体见图1。

结合实践教学的特点，我们在设计课程设计题目时，采用多层次[14]、递进式的方式，从简单到复杂，从单一到综合。2～3名学生组成一个团队，选择一个课程设计题目，开展课程设计教学活动。

为扩大学生的知识面，提高动手能力，充分激发学生的实验兴趣和学习的主动性，我们总共开设了12个课程设计题目供学生进行选择。其中基于EDA技术的课程设计题目总共设计了7个题目。应用性课程设计题目有5个，分别是交通灯控制器、汽车尾灯控制器、数字跑表、抢答器、数字钟。综合性题目有2个，分别是频率计、信号发生器等。基于EDA技术的课程设计题目是以DE2-115开发板为硬件平台开展课程设计教学的。基于DSP技术的课程设计题目[15]总共设计了5个题目，具体题目见表1。基于DSP技术的课程设计题目是基于ICETEK-VC5509-A评估板为硬件平台，进行课程设计教学的。

四、实施效果

我们在2015-2016学年第2学期和2016-2017学年第1学期对13级电子信息工程专业和14级通信工程专业中的3个班级的系统设计与仿真课程设计中进行教学改革，得到了学生们的一致认可和支持。我们把近三年课程设计成绩情况进行对比分析，具体见图2。从图2可以看出，开展教学改革后，学生课程设计成绩有显著的提高，特别是14级通信专业的学生，成绩优良的比例大幅度增加。同时，我们也对参与教学改革的学生进行了问卷调查，发现教学改革实施后，增加学生的自主学习能力，加深了学习深度，开拓了学生的视野，提高了学生的实践能力和协作学习能力。

五、结束语

本文针对当前《DSP应用技术》与《系统设计与仿真课程设计》教学现状，结合目前教学改革的趋势，提出一种双平台实验模式"DSP技术+EDA技术"的教学改革，给出了12个基于双平台的课程设计题目。该教学改革不仅能提高学生的学习兴趣和创造性，也开阔了学生的视野，让学生能够真正提高实践能力和创新能力，为后续的课程和将来走向社会打下坚实的基础。

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