DSP原理与应用教学方法研究与探索(精)

1、822011 年第 14 期 数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称 DSP 是伴随着数字信号处理技术和集成电路微电子技术的高速发展应运而生的，为数字信号处理算法的实现提供了高效而可靠的硬件基础，已成为数字信号处理算法的主要实 现手段。DSP 应用遍及信号处理、 通信、语音合成和图像处理、医疗设备、家用电器等领域,已成为电气 工程、自动控制、仪器仪表类专业需要掌握的前沿高 新技术。1,2因此,为更好地适应课程教学的需要,培养掌握 DSP 技术的专门人 才，研究和探索 DSP 课程的教学改革方法具有重要的意义。一、课程内容及特点在 DSP 领域，美国 TI (Te

2、xas Instruments 公司的 TMS320 系列 DSP 已成为当今 世界上最有影响力的 DSP 芯片，约占世界市场份额的 60%左右，3其中 2000 系列 作为 TI DSP 家族三大系列之一，不仅具有高速运算和信息处理能力，而且具有低功 耗、高性价比及高外设集成度等特点，将实时处理能力与外设功能集于一身，非常 适于电气设备和自动装置的控制，符合洛阳理工学院电气工程与自动化系(以下简 称 我系”所设专业的特点，因此，选择 TMS320LF240X 系列 DSP 作为讲授和应用对 象。从授课体系结构看，DSP 课程由理论和实验两部分组成，主要包括 DSP 硬件资 源、寻址方式与指令

3、系统、程序编写与软件开发、片内外设的应用设计以及实验 环节等。该课程特点如下。4(1 学时少，内容多，综合性强。大多数高校 DSP 课程的学时 都安排 3248 个 学时,理论教学约为 2432 个学时,实验教学约为 816 个学时。在计划学时内，不 但要掌握DSP 的硬件结构，学习汇编语言，而且还要学习片内外设的应用设计等，课时不足,学生普遍认为学习难度较大。(2实践性强。课程的目标是培养学生 DSP 应用设计能力，决定了教学本身更 注重实践环节。但由于受学时和考核方式的限制，传统教学普遍存在重理论、轻实 践的弊端，忽略了对学生动手能力的培养。(3 DSP 芯片种类繁多，更新速度快。不同公司

4、的 DSP 芯片在硬件和软件上都 存在很大差别，即使同一公司不同系列 DSP 的硬件结构和汇编指令也不尽相同。 此外,大多数 DSP 技术资料都是英文 文献,学生不易理解和接受。因此，针对 DSP 课程特点和教学存在的问题,改革教学内容、手段和方法,确 定一个科学的教学体系势在必行。二、教学目标与手段我系自动化本科专业开设了 DSP 原理与应用课程，总学时 40 学时，其中，理论 教学 32 学时,实践教学 8 学时。该课程安排在大四上 学期，这时学生大都已经修完 单片机原理”、“C 语言设计”、数字电路”、微机原理”及 数字信号处理技 术”等相关课程，为本课程的学习奠定了坚实的基础。教学目标

5、是教育方法的导向，有什么样的教学目标决定了应采 用什么样的教学 方法。DSP 原理与应用作为一门重要的专业课,其主要任务是使学生掌握 DSP 芯 片的基本工作原理、 常用算法、片内外设的硬件设计及软件编程方法，基本的开 发调试技巧。同时,通过课堂教学和实验研究的紧密结合，培养学生理论联系实际 的思维方式，提高他们的动手和实践能力。通过一个系列 DSP 芯片的学习，能够举一反三,学会把握其他系列或其他公司 DSP 芯片的学习方 法,为以后使用 DSP 器 件实现复杂数字信号处理算法及相关 DSP 技术的研发工作提供必要的专业理论知 识和实践技能。由于 DSP 课程学时少、内容多,在教学安排时务必

6、做到精炼，并且能反映知识 学习与能力培养的有机结合。 理论教学应根据不同内 容采用不同的方式来组织教 学,以多媒体为主，板书为辅,并结合操作演示和实物等多种教学手段。5对于 DSP 硬件结构和片内外设 的基本工作原理等内容，采用多媒体为主，对于难点和重点,教师可通过板书进一步演示、讲解和推导，加深学生印象。在课件制作 中，应对内容进行提炼和剪裁，做到简明扼要，突出重点，尽量避免课本的重复和大量文字 的堆砌,可通过多媒体动画的演示，使授课内容变得通俗易懂。 在介绍 CCS 集成开 发环境时,可将理论教学搬 进实验室,教师进行多媒体演示，学生进行同步操作；对 于 DSP 片DSP 原理与应用教学方

7、法研究与探索王燕姚惠林摘要:DSP 原理与应用是一门工程性和实践性都很强的综合性课程，但由于该课 程具有学时少、内容多、知识面广等特点，传统教学普遍存在重理论、轻实践的 弊端。因此,为改善教学效果，培养有技术、有创新能力的应用型人才，从改革教 学手段、教学内容和教学方法入手，激发学生学习的热情与信心，提高学生动手能 力和实践水平，为实现复杂数字信号处理算法及相关 DSP 技术的研发工作提供必 要的专业理论知识和实 践技能。关键词:DSP;课程特点；教学手段；教学方法作者简介:王燕（1981-,女，河南驻马店人,洛阳理工学院电气工程与 自动化系,讲师；姚惠林（1964-,男,湖北荆州人,洛阳理工

8、学院 电气工程与 自动化系,副教 授。（河南洛阳 471023中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1007-0079（2011 14-0082-02DOI 编码:10.3969/j.issn.1007-0079.2011.14.042课程教材总第 201 期内外设的应用设计，可用多媒体展示硬件设计的原理图及软件流程 图,并结合TMS320LF2407 实验开发板进行讲解，使学生对 DSP 外设的应用设计形成直观和系 统的认识。三、教学方法研究与探索1. 采用比较式教学方法考虑到单片机与 DSP 器件有相似之处，在讲解时应注重这两者 的区别和联系，以增强教学效果。已选修过单片机的

9、学生对单片机的体系结构与软硬件设计都有 一定的认识和轮廓感，在学习 DSP 时会不自觉地进行比较理解，能较快地接受和进 入新课程的学习。比如中断系统的学习，单片机和 DSP 的很多基本概念、原理及 使用方 法都是相似的，如中断向量、中断优先级、中断标志及中断屏蔽等，有了单 片机中断系统学习的基础,学生就很容易理解 DSP 的中断系统,因此，讲授的重点 应放在它们之间的区别上。(1 在中断服务 程序的末尾，必须安排一条返回指令，单 片机用的是 RETI 指令；而 DSP是 RET 指令。(2单片机和 DSP 都有一个中断总开 关位,在主程序的初始化中，必须把中断总开关位打开，CPU 才能开放中断

10、，单片 机是通过写 1(SETB EA 来使其中断；而DSP2407 则是通过写 0 (CLRC INTM 实 现。2. 采用分组讨论式教学方法，摆脱以往以教师为中心，学生被动 接受知识的传 统教学模式。对于 DSP 片内外设的应用设计,可给出一个具体示例,把学生分成若干小组进 行讨论。具体问题能激发学生强烈的好奇心与求知 欲,对增强学生获取知识的主动 性以及培养独立解决问题的能力是 非常有效的。如介绍 CAN 控制器模块时，在讲解 CAN 模块基本原理、相关寄存器及发送 接收操作后，结合教师参与过的科研项目一一基于 CAN 总线通信的果蔬采摘机械 手控制系统，把采摘机械手收获果 蔬的相关视频

11、短片作为辅助教学，激发学生的学 习热情,让学生对CAN 总线形成一个真实的感知认识，最后再分组讨论如何从硬 件和软件两方面实现机械手各关节和上位机的CAN 总线通信。讨论结束后，教师对结果进行补充、 修正、评价和总结。这样不仅可 以激发学生自主学习的主动性 还可以进一步培养他们的团队合 作精神。3弱化教学难点，突出应用能力的培养在 DSP 教学中，汇编语言的学习一直是一个难点，它的指令系 统比单片机要多 很多,即使同一公司,不同 DSP 之间的指令也不尽相同,若像讲解单片机指令时逐 条讲解,不但会使学生产生畏难心 理,而且难以达到预期的教学目的。因此，只介绍一些简单常用的 指令，其他指令不要求

12、马上掌握，而是在需要时再去查找指令手册，这样经过反复查找，一些常用指令就被学生自然而然地掌握了 。即使这样,要在较 短时间内学会编写一个完整的汇编程序，对学生来 说还是很困难的；相比而言，C 语言的学习要简单得多，因为大多数 学生都有 C 语言编程的基础。但在用 C 语言 开发 DSP 程序时,可能会遇到一些对实时性要求较高或需要对 DSP 的底层资源进 行操作的场合，这时就会给开发带来一定的难度，而且对于某些操作，C 语言根本 无法实现,如对 INTM、 OVM、CNF 等位的操作，如果把 C 语言和汇编语言结合 起来,程序主体由 C 语言来控制；对实时性要求较 高或需要对 DSP 底层资源

13、进行操 作的代码用汇编语言实现，如 FFT 算法的编程，这样可以使二者取长补短，相得益彰, 达到对 DSP 软硬件资源的最佳利用的目的。4.加强和引导学生动手能力的培养，突出实践教学在 DSP 教学中的重要地位DSP 课程强调培养学生 DSP 应用系统的设计能力，但由于实践教学仅有 8 学 时,除去 2 学时的 CCS 集成开发环境配置实验,实验学时只剩下 6 学时,远远不能满 足实践教学的需要。因此，把实践教学扩展到 12 学时,在实验内容上，仅安排了基础 性实验,夯实基 础很重要,只有在熟练掌握基础性实验以后，才能更好地引导学生根据自己的兴趣 和研究需要进行综合实验和创新实验。基础实验主要

14、有：事件管理器模块中的定时器实验、PWM 脉冲实验及正交编 码电路实验；A/D 转换、串行通信接口和 CAN 通信实验、快速傅里叶变换实验 等。目的是让学生掌握软件调试工具 CCS 的使用方法，加深对理论课程的理解，熟 悉 DSP 片内外设的软硬件 设计方法。83但仅凭 12 学时实验尚无法实现让学生精通设计 DSP 系统应用,因此,还应鼓励 有兴趣的学生在课余时间自行设计实验，增加学生自主学习和实践的机会。另外,在实验时间安排上，也摒弃以往课程结束集中实验的做 法,而是采取按照 课程进度合理安排实验，让实验贯穿于理论学习 的全过程,使实验对教学起到提纲 挈领的作用。四、结束语通过对 DSP 课程的教学改革与实践，大大提高了学生学习的积 极性和主动性，教学效果明显改善，但在课程的教学过程中仍然存 在很多问题和不足有待改善，这 就要求教师在以后的教学中不断 更新教学理念，改革教学内容与方法，切实培养学 生实践和创新能力，为今后深入学习和应用 DSP 打下扎实的基础。参考文献：1张小鸣.DSP 控制器原理及应用M.北京：清华大学出版社，2009. 2刘艳 萍.D