C2000 LaunchPad在DSP技術(shù)及應用課程教學中的應用

C2000LaunchPad在DSP技術(shù)及應用課程教學中的應用〔〕:

摘要：C2000LaunchPad是TI公司專門面向初學者打造的"快速啟動";式開發(fā)板，具有體積小、硬件資源豐富、軟件配套完善等優(yōu)點。通過將C2000LaunchPad引入到DSP技術(shù)及應用課程教學中，可使課程的理論教學環(huán)節(jié)獲得良好的演示教具及比照教學素材；同時，C2000LaunchPad可在理論教學中作為專用實驗箱的重要補充，并能作為核心板方便地應用到設計性實驗、學生科技競賽中?？傊珻2000LaunchPad與DSP技術(shù)及應用課程具有良好的相關(guān)性，能較好地提升學生興趣、發(fā)揮學生創(chuàng)意，從而豐富課程內(nèi)涵、增強課程創(chuàng)新性、促進理論教學與理論教學的交融開展。

關(guān)鍵詞：DSP技術(shù)及應用；C2000LaunchPad；設計性實驗

本文引用格式：黃和悅，等.C2000LaunchPad在DSP技術(shù)及應用課程教學中的應用[J].教育現(xiàn)代化,2022,7(52):16-19.

ApplicationofC2000LaunchPadin"DSPTechnologyandApplication"Curriculum

HUANGHe-yue,LIUZheng

(SchoolofElectronicInformationandAutomationofGuilinUniversityofAerospaceTechnology,GuilinGuangxi)

Abstract:C2000launchpadisa"quickstart"developmentboardspeciallydesignedforbeginnersbyTIpany.Ithastheadvantagesofsmallsize,richhardwareresourcesandpletesoftwaresupporting.ByintroducingC2000launchpadintotheteachingofDSPtechnologyandapplicationcourse,thetheoreticalteachinglinkofthecoursecanobtaingooddemonstrationteachingaidsandparativeteachingmaterials;atthesametime,C2000launchpadcanbeusedasanimportantsupplementofspecialexperimentalboxinpracticalteaching,andasthecoreboard,itcanbeeasilyappliedtodesignexperimentsandstudentscienceandtechnologypetitions.Inaword,C2000launchpadhasagoodcorrelationwithDSPtechnologyandapplicationcourses,whichcanbetterpromotestudents'interestandcreativity,soastoenrichtheconnotationofcourses,enhancetheinnovationofcourses,andpromotetheintegrationoftheoreticalteachingandpracticalteaching.

Keywords:DSPtechnologyandapplication;C2000LaunchPad;Designexperiments

一引言

DSP(Digitalsignalprocessor，數(shù)字信號處理器)是有別于ARM和單片機的一類重要處理器，能高效率的進展各類復雜計算，在數(shù)字信號處理、圖像識別、通信編解碼、高精度電機控制、光伏逆變等方面均有廣泛的應用。近年來，隨著半導體技術(shù)的不斷進步，DSP芯片的制作本錢不斷下降，運算性能不斷提升，在很多人工智能應用領域，如語音識別、圖像車牌檢測、手寫體識別等，在搭建硬件裝置時都把DSP作為首選，社會對掌握DSP相關(guān)知識的專業(yè)人才呈現(xiàn)高需求，DSP技術(shù)成為電子信息類專業(yè)技術(shù)人員必須掌握的根底理論和根本技能之一[1-3]。

"DSP技術(shù)及應用";課程是通信工程、電子信息工程、電氣工程及其自動化等專業(yè)常見的課程，其內(nèi)容既涵蓋了數(shù)字信號處理器相關(guān)硬件知識，又與圖像處理、電機控制、通信算法等嚴密相關(guān)，通常在大三或大四開設，是一門重要的專業(yè)課，也是一門多學科穿插、學習難度較大的課程，對于學生進一步提升理論才能、理解專業(yè)前沿動態(tài)有著重要的意義，其教學質(zhì)量的優(yōu)劣將會影響到高校學生的理論才能、創(chuàng)新才能以及對后續(xù)課程的學習才能【4】。然而，由于其牽涉知識點多，內(nèi)容復雜、技術(shù)含量較高，在教學中普遍存在著教師難教、學生難學的困境【5】。另一方面，為使得用戶盡可能方便快捷地使用DSP，全球DSP芯片市場份額最大的TI(德州儀器)公司推出了C2000系列LaunchPad(發(fā)射板、快速啟動板)，這些LaunchPad具有體積小、重量輕、芯片型號新等優(yōu)勢，也有比擬完善的軟件支持，非常適宜學生用作快速上手工具。因此，如何將這一強大的新工具與DSP技術(shù)及應用課程教學相結(jié)合，并利用C2000LaunchPad提升學生對DSP課程的興趣、優(yōu)化DSP課程內(nèi)容設置、豐富DSP課程內(nèi)涵，是一個非常值得討論的問題。

二"DSP技術(shù)及應用";課程教學中存在的問題

(一)編程教學中使用的軟件較為陳舊

DSP技術(shù)及應用課程有局部內(nèi)容是關(guān)于DSP芯片的各種外設及其使用，例如GPIO、EDMA、EMIF、PCI、HPI、VCXO、TIMER等，對這些外設的純熟運用是后期使用DSP芯片進展工程設計的根底。而想要純熟地掌握這些外設，最好的方法是自己動手編程，并在實際調(diào)試中加強領悟。因此，編程軟件的易用性和智能程度對學生能否順利掌握DSP的軟件編程有著比擬重要的影響。然而，目前DSP課程的編程教學中使用的主流軟件仍然是CCS3.3，此版本已經(jīng)發(fā)布較久，風格上與當下扁平化、清新化的審美趨勢有一定的間隔。更重要的是，此軟件對于工程文件管理、代碼自動補全等功能支持的也不是很完善，一定程度上影響了學生對DSP芯片的掌握速度。

(二)實驗教學設備復雜，不利開展創(chuàng)新性、設計性實驗

DSP技術(shù)在通信、圖像處理等方面有著廣泛的應用，DSP實驗設備也常與這些領域結(jié)合，因此，DSP課程的實驗教學設備往往比擬復雜和龐大，一般以實驗箱的形式存在。以桂林航天工業(yè)學院電子信息工程專業(yè)為例，DSP課程實驗箱包含矩陣鍵盤、RJ45網(wǎng)絡接口、RS232接口、RS485接口、MSP430輔助子板、液晶屏幕、攝像頭、等眾多的外設，這使得DSP實驗箱有些過于龐大和昂貴，難以勝任快速的、輕量化的開發(fā)工作。當學生想要利用實驗箱/實驗板做一些創(chuàng)新性實驗，或者課程設計、創(chuàng)新工程的時候，DSP實驗箱/實驗板往往難以發(fā)揮作用。

(三)缺乏課外教學資源

當前是一個互聯(lián)網(wǎng)的時代，各類網(wǎng)絡論壇的技術(shù)討論、資源共享對于課程教學有較好的促進作用，例如，51單片機在網(wǎng)絡上有著眾多的學習資源，這使得學生可以方便地進展自主學習，并在網(wǎng)絡論壇問答等互動環(huán)節(jié)中進一步培養(yǎng)學習的興趣。然而，網(wǎng)絡上可以用于DSP課程教學的資源相對較少。究其原因，一方面是因為DSP本身技術(shù)難度較高，有一定的學習門檻；另一方面，網(wǎng)絡社區(qū)通常傾向于討論較新的、使用比擬廣泛的軟硬件，而傳統(tǒng)的DSP課程教學中較少有這樣統(tǒng)一的，比擬新的軟硬件。

三C2000LaunchPad的優(yōu)點

(一)體積小巧，拓展性強

C2000系列LaunchPad有LAUNCHXL-F28027F、LAUNCHXL-F28069M、LAUNCHXL-F28379D等多種型號，但都堅持快速上手，方便使用的理念，因此體積均控制得較好。其中尺寸最小的LAUNCHXL-F28027F僅有50mmx67mm大小，其余型號也都能比擬輕松地放在手掌中。小巧的體積使得C2000LaunchPad更加容易攜帶和演示，也能比擬方便地作為核心板嵌入到自己的設計中。

(二)硬件資源豐富

C2000LaunchPad搭載的通常是比擬新且具有代表性的DSP芯片，硬件資源豐富，與DSP課程所要求掌握的知識具有良好的相關(guān)性。教學常用DSP芯片與C2000LaunchPad搭載芯片硬件資源比照如表1。

由此可見，C2000LaunchPad搭載的硬件資源是比擬強大的，與常用于教學的TMS320F28335相比可做到完全覆蓋。而與TMS320DM642相比，那么少了PCI、HPI、VCXO等外設資源，多了用于機電控制的PWM、ADC?？傮w上，C2000LaunchPad的硬件資源能較好地滿足教學需求。

(三)自帶仿真器，容易調(diào)試

仿真器能準確地看到程序運行的步驟以及芯片內(nèi)部存放器的變化，是調(diào)試各類芯片的利器。在DSP課程的實驗教學中，DSP實驗箱通常會裝備專門的仿真器，但往往存在體積較大，使用不便等問題。例如，使用傳統(tǒng)DSP實驗箱進展仿真調(diào)試，硬件層面首先需要連接實驗箱電源線，其次需要將仿真器連接到PC并安裝驅(qū)動軟件，然后將仿真器的JTAG接口連接到DSP板卡的調(diào)試口；軟件層面，如使用的是CCS5.0以下軟件，還需先進展板卡設置，然后編譯出.out文件，最后找到此文件下載，整個過程比擬繁瑣。

而C2000LaunchPad那么集成了XDS100v2JTAG仿真器，硬件上只需要一根USB線即可順利連接電腦與DSP芯片；【6】軟件上，C2000LaunchPad配套的CCS5.0軟件只需點擊debug按鈕，即可完成從編譯到下載的整個過程。

(四)軟件配套完善，網(wǎng)絡資源多

C2000LaunchPad作為TI力推的入門級開發(fā)板，有著完善的軟件支持。所有型號的C2000LaunchPad均能免費使用最新的CCS開發(fā)軟件，且有配套的C語言程序范例、C2000Ware軟件庫、controlSUITE軟件庫等作為入門引導。

另一方面，由于C2000LaunchPad出貨量較大，并曾在電子設計競賽中作為指定核心板，網(wǎng)絡論壇中也有較多的相關(guān)教程和討論。

四C2000LaunchPad在教學中的應用

(一)理論教學中的應用

(1)良好的演示教具

DSP技術(shù)及應用是一門與工程理論嚴密結(jié)合的課程，學生想要真正深化的掌握相關(guān)知識，必須經(jīng)歷理論學習-編程理論-仿真調(diào)試的過程，如圖1。

仿真觀察可以直觀地看到程序的運行過程，且能驗證自己編寫的算法，在整個學習流程中起著非常重要的作用，也是工程調(diào)試的重要手段。在理論教學環(huán)節(jié)中如能適當增加仿真演示，對于學生盡快理解DSP相關(guān)知識是很有幫助的。例如，在講解中斷的時候，通過在課堂上運行CCS軟件，可以明晰地看到程序進入中斷的過程、中斷的處理函數(shù)等；又如，當講解到存放器的時候，通過仿真器可以明晰地讀取到存放器的構(gòu)造、地址及里面的數(shù)據(jù)，這可以有效拉近書本知識和實際硬件的間隔。然而，現(xiàn)有教學體系中，由于DSP實驗設備體積大，不便攜帶，操作復雜，較難做到這一點。而C2000LaunchPad具有體積小，軟件新，易操作的特點，剛好可以在課堂教學中方便地展示仿真過程和程序運行結(jié)果，從而提升學生學習興趣，豐富課堂內(nèi)涵。

(2)比照教學的素材

C2000LaunchPad使用的DSP芯片較新，如LAUNC日HXL-F28379D中使用的TMS320F28379D就是C2000系列DSP中的最新主打型號；而C2000LaunchPad配套的CCS軟件版本通常也在CCS5.0以上。因此，在理論教學中，可將這些芯片與教材上常見的TMS320F28335、TMS320DM642進展比照，分析功能模塊的區(qū)別和聯(lián)絡，以及芯片架構(gòu)、配套開發(fā)軟件功能的演進等。如此可進一步明晰知識體系，拓寬學生視野，同時增強知識的時效性。

另外，對于使用C6000系列DSP作為主要教學芯片的課程，因C6000系列DSP體系構(gòu)造復雜、配置方法繁瑣，往往出現(xiàn)學生難入門的問題。此時可將C2000LaunchPad作為過渡性知識進展介紹和講解，從而有效降低入門難度，保持學生興趣。例如，CMD文件與DSP的內(nèi)存分配有關(guān)，是DSP課程的重要知識點。C6000系列DSP通常需擴展外部存儲器，且一般運行操作系統(tǒng)，因此其CMD文件寫法復雜，難以掌握；而LAUNCHXL-F28027F使用的TMS320F28027F芯片那么只需簡單配置片上ram和Flash就能運行，內(nèi)存分配方式與學生熟悉的51、STM32等單片機類似。當講解CMD文件相關(guān)章節(jié)時，可先使用LAUNCHXL-F28027F進展課程的導入，然后逐漸引導學生循序漸進地學習更復雜的C6000系列DSP相關(guān)知識。

(二)理論教學中的應用

(1)驗證性實驗的拓展和補充

實驗教學是DSP技術(shù)及應用課程的重要組成局部，DSP課程的驗證性實驗通常包含各種外設的使用、根本濾波算法的實現(xiàn)等。C2000LaunchPad軟件資源較多較新，可作為驗證性實驗的補充和拓展。例如，中選擇C6000系列教材的時候，實驗教學中不包含PWM、ADC等實驗內(nèi)容，而這其實也是DSP的重要應用方向，C2000LaunchPad的相關(guān)配套軟件中對這兩個外設有豐富的應用，可作為本來的課程體系的補充。

(2)設計性實驗的有力支撐

設計性實驗通常指學生綜合運用所學知識，自主選擇或設計課題并完成相關(guān)作品的實驗，對于培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的人才具有重要的意義，其重點在于充分理解知識后的拓展和發(fā)揮。因此，學生在設計性實驗中提出的設計方案具有應用方向多樣、設計思路易受當前流行方案影響等特點。DSP技術(shù)及應用課程的設計性實驗往往較難開展，一方面因為常見的實驗箱比擬龐大，難以攜帶，另一方面實驗箱的軟件相對陳舊，與目前流行的敏捷開發(fā)、充分利用原廠程序庫的理念有一定間隔。而C2000LaunchPad本就是主打快速開發(fā)的，在這方面非常有優(yōu)勢。以直流電機調(diào)速裝置課題為例，C2000LaunchPad自帶的C2000Ware軟件庫、controlSUITE軟件庫中均有與此相關(guān)的內(nèi)容；而TI官網(wǎng)、網(wǎng)絡論壇等也能搜到較多與此相關(guān)的知識；詳細動手制作過程中，C2000LaunchPad可作為核心板，搭配上電機驅(qū)動芯片即可進展簡單的調(diào)試，且因為便攜性好，學生在下課后仍可繼續(xù)進展程序調(diào)試，進一步進步了學習效率，拓展了課堂空間。

(3)各類競賽的核心板

C2000LaunchPad具有較高的性能，例如LAUNCHXL-F28027F主頻可到60Mhz，具有兩個16位硬件乘法器，同時支持高分辨率PWM波【7】；而LAUNCHXL-F28379D主頻高達200Mhz，且有2個CPU和2個協(xié)處理器[8]。這樣的配置足夠在大局部的大學生競賽作品中作為主處理器使用，且由于便攜性好，自帶仿真器，能給調(diào)試帶來不少方便。

五結(jié)語

DSP技術(shù)及應用課程是通信工程、電子信息工程、電氣工程及其自動化等學科重要的專業(yè)課，本課程內(nèi)容復雜，牽涉的知識面廣且要求一定的動手才能，在教學理論中常有教師難教學、學生難掌握的問題。本文從分析現(xiàn)有課程體系存在的教學軟件陳舊、實驗設備過于復雜等問題出發(fā)，介紹了C2000系列LaunchPad在硬件資源、軟件開發(fā)體系等方面的優(yōu)勢，并總結(jié)了將C2000LaunchPad應用到理論教學和理論教學中的詳細方法，包括在理論教學中作為演示教具、比照教學素材及在理論教學中作為驗證性實驗的拓展和補充、設計性實驗的有力支撐、各類競賽的核心板等。C2000LaunchPad的使用能有效激發(fā)學生興趣，增強課程創(chuàng)新性，拓展課堂內(nèi)涵和外延，為學生真正深化掌握DSP知識打下堅實的根底。