《DSP技术》教学大纲

《DSP技术》教学大纲课程编号：13230422英文名称：TechnologyofDigitalSignalProcessors学分：2.0学时：总学时40学时，其中理论24学时，实践16学时先修课程：模拟电路基础、数字电路基础、程序设计基础C、单片机原理及应用课程类别：专业拓展课程授课对象：机器人工程专业学生教学单位：机械与电气工程学院修读学期：第5学期一、课程描述和目标本课程为机器人工程专业学生的专业拓展课，课程内容主要涉及DSP处理器工作原理、数字信号处理技术及数字信号处理系统的设计。课程以实际工程应用为导向，培养学生运用数字信号处理技术解决自动化领域，特别是信号处理方向的实际工程问题的能力，以适应行业的发展。本课程拟达到的课程目标：课程目标1：能运用DSP基本原理及技术，借助网络学习资源和文献资料，分析确定数字信号处理系统实施过程中的影响因素，比较、分析和总结实施方案；课程目标2：能根据数字信号处理系统特定设计需求，完成信号处理系统的感知、控制、驱动、执行等单元模块的软硬件设计。课程目标3：理解工程师的职业道德、社会责任和工程规范，并能够在机器人相关领域的数字信号处理工程实践中自觉履行责任。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重2.4能运用相关基本原理，借助文献研究，分析机器人工程系统实施过程中的影响因素，通过归纳总结获得有效结论。课程目标1H3.2能够针对特定需求，完成感知、控制、驱动、执行等单元模块的设计；课程目标2M8.3理解工程师对公众的安全、健康和福祉，以及环境保护的社会责任，并能够在机器人工程相关领域的工程实践中自觉履行责任。课程目标3M（注：要求课程目标与毕业要求指标点应是一一对应支撑）三、教学内容、基本要求与学时分配（一）理论序号教学内容基本要求及重、难点（含德育要求）学时教学方式对应课程目标1DSP控制器概述：介绍DSP控制器结构、特点、分类、应用及发展；介绍DSP系统，对DSP系统的构成、特点及芯片选择等进行详细介绍。基本要求：了解什么是数字信号处理器；了解DSP的种类和典型DSP系列的特点；掌握DSP基本概念、特点、系统构成及应用领域。重点难点：DSP特征及应用。德育要求：社会责任。2集中讲授文献阅读1,2,32DSP硬件结构及工作原理：介绍DSP硬件结构，重点对芯片的CPU结构、存储器结构、时钟系统、中断系统、引脚资源、片上外设等进行讨论。基本要求：了解DSP内部结构，掌握DSP存储器、时钟系统、中断系统和片内外设等的基本结构。重点难点：DSP结构特点、存储系统、时钟系统、中断系统。德育要求：热爱祖国。2集中讲授文献阅读1,2,33CCS集成开发环境：对CCS开发软件进行简要说明，并介绍软件的安装及配置。介绍CCS的基本操作，包括CCS的窗口和工具条、文件的编辑、反汇编窗口的使用、存储器窗口等。介绍CCS工程项目的建立和调试。结合具体实例说明利用CCS调试程序的方法。基本要求：了解CCS的安装、启动运行，源程序的编辑、仿真、下载、调试方法和步骤，能通过CCS下载编译通过的DSP工程，进行DSP芯片的单步调试、寄存器观察、修改等操作。理解编译过程中各类型文件的功能作用，主要包括CMD(LinkerCommandFiles)文件、GEL文件、*.out文件、*.map文件。重点难点：CCS开发环境的使用、各类型文件特征及功能。德育要求：爱岗敬业。2集中讲授1,2,34DSP片上外设技术及应用：介绍DSP片上外设原理及其应用技术，重点介绍GPIO、定时器、PIE、PWM、ADC、DMA、串行通信、EMIF等的工作原理及控制方法。基本要求：掌握DSP的GPIO、定时器、PWM、ADC、DAC、EMIF等片上外设的使用方法。掌握DSP系统软件开发流程及调试手段。重点难点：DSP片上外设工作原理及使用方法。德育要求：创新意识。10集中讲授1,2,35数字信号处理基础算法：介绍通用数字信号处理算法的基本原理及其DSP实现技术，包括卷积、快速傅立叶变换和FIR数字滤波器。基本要求：重点理解数字信号处理技术卷积、快速傅立叶变换FFT及数字滤波器FIR的基本原理；掌握FFT，FIR程序设计方法。重点难点：FFT、FIR。德育要求：创新意识。4集中讲授1,2,36DSP硬件设计：介绍典型DSP系统的硬件架构；介绍DSP最小系统设计方案，主要包括电源电路、晶振电路、复位电路、仿真下载电路。基本要求：理解典型DSP系统的硬件框图；掌握DSP最小系统的硬件设计。重点难点：DSP最小系统设计。德育要求：工匠精神。2集中讲授1,2,37典型DSP系统案例：在课堂上通过典型案例讲解的方法，系统介绍DSP系统设计的方法、过程以及具体的电路图和软件流程图。同时布置课程项目设计任务，通过完成一个典型DSP系统的设计，撰写设计报告，达成课程目标。基本要求：了解DSP系统设计的方法、过程以及具体的电路图和软件流程图设计。能够针对具体任务完成系统方案设计、芯片选型、原理图设计、程序设计，并通过图文并茂的方式展示设计过程与设计成果。重点难点：DSP系统的应用设计。德育要求：工匠精神。2集中讲授文献阅读1,2,3合计24（二）实验序号实验项目实验内容与要求学时类型对应课程目标1CCS开发环境搭建熟悉CCS开发环境，熟练进行工程新建、编译、链接、调试。要求：必修2验证2,32人机交互系统设计熟悉GPIO等外设的工作原理及其控制技术，能进行有关人机交互系统的编程设计，如按键点亮LED灯、LCD显示按键信息等。4设计2,33电机驱动系统设计熟悉PWM等外设工作原理及其控制技术，能进行有关电机驱动系统的编程设计，如直流电机PID闭环控制。要求：必修4设计2,34数字信号处理系统设计熟悉ADC等外设工作原理及其控制技术，数字信号处理基础算法（如FFT、FIR），能进行有关数字信号处理系统的编程设计。要求：必修6综合2,3合计16注：实验要求包括必修、选修；实验类型包括演示、验证、综合、设计等。四、课程教学方法1．理论学习以集中授课的形式为主，讨论为辅，线上线下相结合的方式；2．项目设计以小组形式，课外分散完成，集中答疑，集中评价；3．实验教学以分组分批形式组织，实验指导教师实时指导。五、学业评价和课程考核（一）考核方式及具体要求1.课程成绩构成与要求课程考核注重形成性和终结性评价相结合，考核内容主要由平时作业、实验考核、学习报告、项目设计和期末考试组成，均按百分制计分，其中期末考核成绩占50%，平时作业成绩占10%，实验考核20%，项目设计成绩占20%。备注：期末总成绩不能低于50分；低于50分者，其总评成绩为不及格。2.课程目标达成考核与评价序号考核方式课程目标1（分值）课程目标2（分值）课程目标3（分值）合计1平时作业1000102实验考核01010204项目设计5105205期末考试500050课程目标对应分值652015100（二）考核与评价标准1.平时成绩考核与评价标准平时作业根据作业题目及评分标注进行打分（百分制）。分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分平时作业能较好的利用DSP技术知识，分析确定影响因素，完成系统设计，并进行有效分析与总结。能较好的利用DSP技术知识，分析确定影响因素，完成系统设计，但分析与总结能力不足。能完成系统设计，但不具备根据系统特点进行针对性分析、设计与总结。无法分析DSP系统应用与设计的影响因素，未完成系统设计，分析总结能力不足。2.实验考核与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分课程实验能根据要求完成实验任务，并体现出较好的系统分析和设计实现能力，并在实验过程中践行工程师规范和社会责任。能根据要求完成实验任务，具有一定的系统分析和设计实现能力，并在实验过程中践行工程师规范和社会责任。能根据要求完成部分实验任务，系统分析和设计实现能力较弱，基本践行工程师规范和社会责任。无法根据要求完成部分实验任务，不具备系统分析和设计实现能力，工程师规范和社会责任意识较差。3.项目设计考核与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分项目设计实践过程：践行嵌入式系统工程师的职业道德、社会责任和工程规范。系统性能：能根据具体任务要求完成控制系统设计，性能指标完全符合任务要求。项目报告：能借助网络资源和文献资料，对项目实施过程进行有效分析和总结。实践过程：践行嵌入式系统工程师的职业道德、社会责任和工程规范。系统性能：能根据具体任务要求完成控制系统设计，性能指标基本符合任务要求。项目报告：能借助网络资源和文献资料，对项目实施过程进行一定的分析和总结。实践过程：践行嵌入式系统工程师的职业道德、社会责任和工程规范。系统性能：能根据具体任务要求基本完成控制系统设计，部分指标达标。项目报告：能借助网络资源和文献资料，对项目实施过程有分析和总结。实践过程：违反嵌入式系统工程师的职业道德、社会责任和工程规范。系统性能：大部分性能指标不符合任务要求。项目报告：未对项目实施过程进行分析和总结。4.期末试卷考核与评价标准根据课程目标及教学内容，设计期末考核试题，综合检验学生对课程相关知识的掌握、综合应用及解决复杂问题的能力，根据考试题目设计相应评分标准。六、教材与参考书（一）推荐教材1．《DSP原理及应用：TMS320F28335架构、功能模块及程序设计》，清华大学出版设，2018年；2.《DSP原理与应用（第2版）》，刘伟主编，中国工信出版集团，2017年版.3．《DSP技术与应用基础（第2版）》，俞一彪等主编，北京大学出版社，2014年；（二）参考资料2．《TMS320C674xDSP应用开发》，汪安民主编，北京航空航天出版社，2012年版；3．《DSP原理与应用教