DSP原理與應(yīng)用教學(xué)方法研究與探索(精)

1、822011 年第 14 期 數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor,簡(jiǎn)稱 DSP 是伴隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和集成電路微電子技術(shù)的高速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的，為數(shù)字信號(hào)處理算法的實(shí)現(xiàn)提供了高效而可靠的硬件基礎(chǔ)，已成為數(shù)字信號(hào)處理算法的主要實(shí) 現(xiàn)手段。DSP 應(yīng)用遍及信號(hào)處理、 通信、語音合成和圖像處理、醫(yī)療設(shè)備、家用電器等領(lǐng)域,已成為電氣 工程、自動(dòng)控制、儀器儀表類專業(yè)需要掌握的前沿高 新技術(shù)。1,2因此,為更好地適應(yīng)課程教學(xué)的需要,培養(yǎng)掌握 DSP 技術(shù)的專門人 才，研究和探索 DSP 課程的教學(xué)改革方法具有重要的意義。一、課程內(nèi)容及特點(diǎn)在 DSP 領(lǐng)域，美國(guó) TI (Te

2、xas Instruments 公司的 TMS320 系列 DSP 已成為當(dāng)今 世界上最有影響力的 DSP 芯片，約占世界市場(chǎng)份額的 60%左右，3其中 2000 系列 作為 TI DSP 家族三大系列之一，不僅具有高速運(yùn)算和信息處理能力，而且具有低功 耗、高性價(jià)比及高外設(shè)集成度等特點(diǎn)，將實(shí)時(shí)處理能力與外設(shè)功能集于一身，非常 適于電氣設(shè)備和自動(dòng)裝置的控制，符合洛陽理工學(xué)院電氣工程與自動(dòng)化系(以下簡(jiǎn) 稱 我系”所設(shè)專業(yè)的特點(diǎn)，因此，選擇 TMS320LF240X 系列 DSP 作為講授和應(yīng)用對(duì) 象。從授課體系結(jié)構(gòu)看，DSP 課程由理論和實(shí)驗(yàn)兩部分組成，主要包括 DSP 硬件資 源、尋址方式與指令

3、系統(tǒng)、程序編寫與軟件開發(fā)、片內(nèi)外設(shè)的應(yīng)用設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn) 環(huán)節(jié)等。該課程特點(diǎn)如下。4(1 學(xué)時(shí)少，內(nèi)容多，綜合性強(qiáng)。大多數(shù)高校 DSP 課程的學(xué)時(shí) 都安排 3248 個(gè) 學(xué)時(shí),理論教學(xué)約為 2432 個(gè)學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)教學(xué)約為 816 個(gè)學(xué)時(shí)。在計(jì)劃學(xué)時(shí)內(nèi)，不 但要掌握DSP 的硬件結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)匯編語言，而且還要學(xué)習(xí)片內(nèi)外設(shè)的應(yīng)用設(shè)計(jì)等，課時(shí)不足,學(xué)生普遍認(rèn)為學(xué)習(xí)難度較大。(2實(shí)踐性強(qiáng)。課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生 DSP 應(yīng)用設(shè)計(jì)能力，決定了教學(xué)本身更 注重實(shí)踐環(huán)節(jié)。但由于受學(xué)時(shí)和考核方式的限制，傳統(tǒng)教學(xué)普遍存在重理論、輕實(shí) 踐的弊端，忽略了對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。(3 DSP 芯片種類繁多，更新速度快。不同公司

4、的 DSP 芯片在硬件和軟件上都 存在很大差別，即使同一公司不同系列 DSP 的硬件結(jié)構(gòu)和匯編指令也不盡相同。 此外,大多數(shù) DSP 技術(shù)資料都是英文 文獻(xiàn),學(xué)生不易理解和接受。因此，針對(duì) DSP 課程特點(diǎn)和教學(xué)存在的問題,改革教學(xué)內(nèi)容、手段和方法,確 定一個(gè)科學(xué)的教學(xué)體系勢(shì)在必行。二、教學(xué)目標(biāo)與手段我系自動(dòng)化本科專業(yè)開設(shè)了 DSP 原理與應(yīng)用課程，總學(xué)時(shí) 40 學(xué)時(shí)，其中，理論 教學(xué) 32 學(xué)時(shí),實(shí)踐教學(xué) 8 學(xué)時(shí)。該課程安排在大四上 學(xué)期，這時(shí)學(xué)生大都已經(jīng)修完 單片機(jī)原理”、“C 語言設(shè)計(jì)”、數(shù)字電路”、微機(jī)原理”及 數(shù)字信號(hào)處理技 術(shù)”等相關(guān)課程，為本課程的學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。教學(xué)目標(biāo)

5、是教育方法的導(dǎo)向，有什么樣的教學(xué)目標(biāo)決定了應(yīng)采 用什么樣的教學(xué) 方法。DSP 原理與應(yīng)用作為一門重要的專業(yè)課,其主要任務(wù)是使學(xué)生掌握 DSP 芯 片的基本工作原理、 常用算法、片內(nèi)外設(shè)的硬件設(shè)計(jì)及軟件編程方法，基本的開 發(fā)調(diào)試技巧。同時(shí),通過課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)研究的緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際 的思維方式，提高他們的動(dòng)手和實(shí)踐能力。通過一個(gè)系列 DSP 芯片的學(xué)習(xí)，能夠舉一反三,學(xué)會(huì)把握其他系列或其他公司 DSP 芯片的學(xué)習(xí)方 法,為以后使用 DSP 器 件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)字信號(hào)處理算法及相關(guān) DSP 技術(shù)的研發(fā)工作提供必要的專業(yè)理論知 識(shí)和實(shí)踐技能。由于 DSP 課程學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多,在教學(xué)安排時(shí)務(wù)必

6、做到精煉，并且能反映知識(shí) 學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合。 理論教學(xué)應(yīng)根據(jù)不同內(nèi) 容采用不同的方式來組織教 學(xué),以多媒體為主，板書為輔,并結(jié)合操作演示和實(shí)物等多種教學(xué)手段。5對(duì)于 DSP 硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)外設(shè) 的基本工作原理等內(nèi)容，采用多媒體為主，對(duì)于難點(diǎn)和重點(diǎn),教師可通過板書進(jìn)一步演示、講解和推導(dǎo)，加深學(xué)生印象。在課件制作 中，應(yīng)對(duì)內(nèi)容進(jìn)行提煉和剪裁，做到簡(jiǎn)明扼要，突出重點(diǎn)，盡量避免課本的重復(fù)和大量文字 的堆砌,可通過多媒體動(dòng)畫的演示，使授課內(nèi)容變得通俗易懂。 在介紹 CCS 集成開 發(fā)環(huán)境時(shí),可將理論教學(xué)搬 進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,教師進(jìn)行多媒體演示，學(xué)生進(jìn)行同步操作；對(duì) 于 DSP 片DSP 原理與應(yīng)用教學(xué)方

7、法研究與探索王燕姚惠林摘要:DSP 原理與應(yīng)用是一門工程性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的綜合性課程，但由于該課 程具有學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多、知識(shí)面廣等特點(diǎn)，傳統(tǒng)教學(xué)普遍存在重理論、輕實(shí)踐的 弊端。因此,為改善教學(xué)效果，培養(yǎng)有技術(shù)、有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才，從改革教 學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法入手，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情與信心，提高學(xué)生動(dòng)手能 力和實(shí)踐水平，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)字信號(hào)處理算法及相關(guān) DSP 技術(shù)的研發(fā)工作提供必 要的專業(yè)理論知識(shí)和實(shí) 踐技能。關(guān)鍵詞:DSP;課程特點(diǎn)；教學(xué)手段；教學(xué)方法作者簡(jiǎn)介:王燕（1981-,女，河南駐馬店人,洛陽理工學(xué)院電氣工程與 自動(dòng)化系,講師；姚惠林（1964-,男,湖北荊州人,洛陽理工

8、學(xué)院 電氣工程與 自動(dòng)化系,副教 授。（河南洛陽 471023中圖分類號(hào):G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-0079（2011 14-0082-02DOI 編碼:10.3969/j.issn.1007-0079.2011.14.042課程教材總第 201 期內(nèi)外設(shè)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，可用多媒體展示硬件設(shè)計(jì)的原理圖及軟件流程 圖,并結(jié)合TMS320LF2407 實(shí)驗(yàn)開發(fā)板進(jìn)行講解，使學(xué)生對(duì) DSP 外設(shè)的應(yīng)用設(shè)計(jì)形成直觀和系 統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。三、教學(xué)方法研究與探索1. 采用比較式教學(xué)方法考慮到單片機(jī)與 DSP 器件有相似之處，在講解時(shí)應(yīng)注重這兩者 的區(qū)別和聯(lián)系，以增強(qiáng)教學(xué)效果。已選修過單片機(jī)的

9、學(xué)生對(duì)單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)與軟硬件設(shè)計(jì)都有 一定的認(rèn)識(shí)和輪廓感，在學(xué)習(xí) DSP 時(shí)會(huì)不自覺地進(jìn)行比較理解，能較快地接受和進(jìn) 入新課程的學(xué)習(xí)。比如中斷系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，單片機(jī)和 DSP 的很多基本概念、原理及 使用方 法都是相似的，如中斷向量、中斷優(yōu)先級(jí)、中斷標(biāo)志及中斷屏蔽等，有了單 片機(jī)中斷系統(tǒng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),學(xué)生就很容易理解 DSP 的中斷系統(tǒng),因此，講授的重點(diǎn) 應(yīng)放在它們之間的區(qū)別上。(1 在中斷服務(wù) 程序的末尾，必須安排一條返回指令，單 片機(jī)用的是 RETI 指令；而 DSP是 RET 指令。(2單片機(jī)和 DSP 都有一個(gè)中斷總開 關(guān)位,在主程序的初始化中，必須把中斷總開關(guān)位打開，CPU 才能開放中斷

10、，單片 機(jī)是通過寫 1(SETB EA 來使其中斷；而DSP2407 則是通過寫 0 (CLRC INTM 實(shí) 現(xiàn)。2. 采用分組討論式教學(xué)方法，擺脫以往以教師為中心，學(xué)生被動(dòng) 接受知識(shí)的傳 統(tǒng)教學(xué)模式。對(duì)于 DSP 片內(nèi)外設(shè)的應(yīng)用設(shè)計(jì),可給出一個(gè)具體示例,把學(xué)生分成若干小組進(jìn) 行討論。具體問題能激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心與求知 欲,對(duì)增強(qiáng)學(xué)生獲取知識(shí)的主動(dòng) 性以及培養(yǎng)獨(dú)立解決問題的能力是 非常有效的。如介紹 CAN 控制器模塊時(shí)，在講解 CAN 模塊基本原理、相關(guān)寄存器及發(fā)送 接收操作后，結(jié)合教師參與過的科研項(xiàng)目一一基于 CAN 總線通信的果蔬采摘機(jī)械 手控制系統(tǒng)，把采摘機(jī)械手收獲果 蔬的相關(guān)視頻

11、短片作為輔助教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué) 習(xí)熱情,讓學(xué)生對(duì)CAN 總線形成一個(gè)真實(shí)的感知認(rèn)識(shí)，最后再分組討論如何從硬 件和軟件兩方面實(shí)現(xiàn)機(jī)械手各關(guān)節(jié)和上位機(jī)的CAN 總線通信。討論結(jié)束后，教師對(duì)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充、 修正、評(píng)價(jià)和總結(jié)。這樣不僅可 以激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性 還可以進(jìn)一步培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)合 作精神。3弱化教學(xué)難點(diǎn)，突出應(yīng)用能力的培養(yǎng)在 DSP 教學(xué)中，匯編語言的學(xué)習(xí)一直是一個(gè)難點(diǎn)，它的指令系 統(tǒng)比單片機(jī)要多 很多,即使同一公司,不同 DSP 之間的指令也不盡相同,若像講解單片機(jī)指令時(shí)逐 條講解,不但會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生畏難心 理,而且難以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。因此，只介紹一些簡(jiǎn)單常用的 指令，其他指令不要求

12、馬上掌握，而是在需要時(shí)再去查找指令手冊(cè)，這樣經(jīng)過反復(fù)查找，一些常用指令就被學(xué)生自然而然地掌握了 。即使這樣,要在較 短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)編寫一個(gè)完整的匯編程序，對(duì)學(xué)生來 說還是很困難的；相比而言，C 語言的學(xué)習(xí)要簡(jiǎn)單得多，因?yàn)榇蠖鄶?shù) 學(xué)生都有 C 語言編程的基礎(chǔ)。但在用 C 語言 開發(fā) DSP 程序時(shí),可能會(huì)遇到一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高或需要對(duì) DSP 的底層資源進(jìn) 行操作的場(chǎng)合，這時(shí)就會(huì)給開發(fā)帶來一定的難度，而且對(duì)于某些操作，C 語言根本 無法實(shí)現(xiàn),如對(duì) INTM、 OVM、CNF 等位的操作，如果把 C 語言和匯編語言結(jié)合 起來,程序主體由 C 語言來控制；對(duì)實(shí)時(shí)性要求較 高或需要對(duì) DSP 底層資源

13、進(jìn)行操 作的代碼用匯編語言實(shí)現(xiàn)，如 FFT 算法的編程，這樣可以使二者取長(zhǎng)補(bǔ)短，相得益彰, 達(dá)到對(duì) DSP 軟硬件資源的最佳利用的目的。4.加強(qiáng)和引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，突出實(shí)踐教學(xué)在 DSP 教學(xué)中的重要地位DSP 課程強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，但由于實(shí)踐教學(xué)僅有 8 學(xué) 時(shí),除去 2 學(xué)時(shí)的 CCS 集成開發(fā)環(huán)境配置實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)只剩下 6 學(xué)時(shí),遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿 足實(shí)踐教學(xué)的需要。因此，把實(shí)踐教學(xué)擴(kuò)展到 12 學(xué)時(shí),在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，僅安排了基礎(chǔ) 性實(shí)驗(yàn),夯實(shí)基 礎(chǔ)很重要,只有在熟練掌握基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)以后，才能更好地引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的興趣 和研究需要進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)主要

14、有：事件管理器模塊中的定時(shí)器實(shí)驗(yàn)、PWM 脈沖實(shí)驗(yàn)及正交編 碼電路實(shí)驗(yàn)；A/D 轉(zhuǎn)換、串行通信接口和 CAN 通信實(shí)驗(yàn)、快速傅里葉變換實(shí)驗(yàn) 等。目的是讓學(xué)生掌握軟件調(diào)試工具 CCS 的使用方法，加深對(duì)理論課程的理解，熟 悉 DSP 片內(nèi)外設(shè)的軟硬件 設(shè)計(jì)方法。83但僅憑 12 學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)尚無法實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生精通設(shè)計(jì) DSP 系統(tǒng)應(yīng)用,因此,還應(yīng)鼓勵(lì) 有興趣的學(xué)生在課余時(shí)間自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐的機(jī)會(huì)。另外,在實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排上，也摒棄以往課程結(jié)束集中實(shí)驗(yàn)的做 法,而是采取按照 課程進(jìn)度合理安排實(shí)驗(yàn)，讓實(shí)驗(yàn)貫穿于理論學(xué)習(xí) 的全過程,使實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)起到提綱 挈領(lǐng)的作用。四、結(jié)束語通過對(duì) DSP 課程的教學(xué)改革與實(shí)踐，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積 極性和主動(dòng)性，教學(xué)效果明顯改善，但在課程的教學(xué)過程中仍然存 在很多問題和不足有待改善，這 就要求教師在以后的教學(xué)中不斷 更新教學(xué)理念，改革教學(xué)內(nèi)容與方法，切實(shí)培養(yǎng)學(xué) 生實(shí)踐和創(chuàng)新能力，為今后深入學(xué)習(xí)和應(yīng)用 DSP 打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：1張小鳴.DSP 控制器原理及應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，2009. 2劉艷 萍.D