DSP应用技术课程教学改革与研究

陆广平　张兰红

摘 要： 本文针对DSP应用技术课程的教学现状，根据自动化专业的培养目标，进行DSP课程教学改革与研究。在教学中应重视教材的选取，引导学生积极参与，丰富教学手段，启发学生思维，进行教学方法和教学手段的改革。实践表明，这些改革不仅有助于学生更好地学习DSP理论知识，而且有助于学生综合能力的提高。

关键词： DSP应用 教学方法 教学手段 实践教学

随着信息学科和计算机技术的飞速发展，DSP的理论与应用技术成为一门极其重要的学科，DSP已成为国内外许多大学电气信息类专业的一门重要专业课程，但是DSP是一门理论性和实践性较强的课程，所涉及的内容非常广泛，学生要先修数字信号处理、单片机原理与接口技术等课程，在学习中往往感觉抽象，难以理解和掌握。结合我校电气工程学院自动化专业实际教学的特点，我们在教学实践的基础上，对课程教学进行一定的改革与探讨，将CCS软件、实验箱和DSP课程的理论知识有效结合起来。CCS软件是开发DSP时所需的软件开发环境，由于编写、调试DSP代码都需要在CCS软件中进行，无论在统计、信号处理、人工智能与自动控制，还是在雷达、通信、计算机等领域，越来越多的工程技术人员摆脱C及C++语言繁琐语法的束缚，更专心地将注意力集中在专业技术研究的核心问题上[1]。

一、课程体系及特点介绍

本课程是我校自动化专业本科生的专业选修课，一般在大四上学期开设。DSP是面向数字信号处理应用的单片处理器，具有软硬件的功能，本身就是一个微型计算机，应用范围非常广泛、实践性非常强。因此，要求学生了解DSP在数字信号处理系统中的核心作用，掌握DSP的基本工作原理和基本编程方法，了解DSP系统的基本开发过程及其典型应用。

本课程通过授课、练习、实验使学生掌握数字信号处理器的基本原理和应用，以美国TI公司的TM320X281X系列为例，是32位的高性能微控制器，具有强大的控制和信号处理能力，着重介绍DSP的硬件结构、基本工作原理、片内资源应用开发及相关寄存器的配置、各个外设功能单元，最后介绍其典型应用，比如用DSP编程实现FIR滤波器、对模拟信号进行实时采集信号处理等。

二、DSP课程教材的选取

课程教材是教学的核心。作为一所应用型工科院校，以培养应用型人才为基本目的，以实用、适用、够用为基本原则，教材要对本课程涉及的基本原理、基本性质、基本方法力求讲全、讲透，概念准确清晰，不片面追求理论的深度和内容的广度，保证授课对象在实践中“理论够用”。由于DSP课程理论概念复杂，涉及的内容比较多，而且我校自动化专业DSP课程理论是24学时，实验是8学时，结合自动化专业教学要求，要选取2000系列的DSP教材，这方面的教材比较少，针对课时少的特点，希望学生利用课后的时间多学习，找课程配套资料丰富的教材、网上评价比较高的、有利于学生自学的。DSP课程教材的选取要遵循以下几个方面：选材精练，突出基本原理、基本概念与基本分析方法；各章节涉及的理论和方法与实验箱能进行适当的结合；例题多，注重理论联系实际；内容通俗易懂，易学易教。必须重视对教材的选取，拥有一本好的、优秀的DSP教材，教与学就会省时省力，我校选择的教材是《手把手教你学DSP-基于TMS320X281X》，顾卫刚编著的，网上有配套的视频、开发板和中国DSP开发服务平台，学生如果上课时没听懂，就可以利用网络资源反复学习。

三、教学方法和教学手段的改革

首先引导学生积极参与课堂教学，目前课堂教学仍是本科生进行理论学习的主要方法，课堂教学方法的改革应放在重要位置。在课程理论教学中，针对教学难点和重点提出问题，进行定期和不定期的课堂讨论，使学生积极参与课堂讨论，通过课堂讨论引导学生积极思考，培养探究、创新的意识和学习习惯，同时加深学生对所学知识的理解，做到课堂气氛融洽。学生参与课堂教学的积极性，参与课堂教学的广度和深度，直接影响教学质量，没有学生的主动参与，就没有成功的课堂教学。

其次，采用多种教学手段，使课堂教学更生动形象，主要是多媒体教学结合少量板书，采用多媒体教学方式，充分利用声音、图像、视频、动画等多种形式进行互动教学。由于我校自动化专业DSP课程课时有限，仅凭24学时的课堂教学，学生在有限的时间里掌握DSP课程的重点和难点有一定的困难，因此大量板书不利于学生消化吸收，但是可以结合DSP实验主板和CCS软件现场演示DSP的经典应用，让学生在课后对学习中碰到的问题用CCS开发环境结合网络视频巩固、消化、理解课堂所学内容。

大四学生准备考研的学生比较多，所以一部分会忽视专业课程的学习，因此要提高学生学习的动力，对学生的考核要做到公平、公正、有效。DSP课程的重点是实践应用，要增强学生的实践创新能力，在理论教学和实践教学中进行综合评价，切实有效地提高学生动手能力，由被动转为主动[2]，[3]。

四、基于DSP实验板和CCS开发环境的教学实践

DSP应用技术的数字信号处理部分概念抽象，其中的基本理论和分析方法先修课程已学过，现在要通过DSP硬件的方法实现，这样能将数字信号处理的抽象理论以易于理解的可视化形式展示，将CCS软件作为教学辅助工具，在讲解多媒体教学课件的基础上，在课堂上穿插讲解用CCS软件和实验板实现的示例和仿真，下面举几个经典的例子说明CCS软件是如何辅助DSP应用技术教学的[4]。

1.基于窗函数的FIR数字滤波器设计。MATLAB信号处理工具箱提供了基于窗函数法的FIR滤波器的设计函数fir1，利用它可以使设计更简单，格式为b=fir1（N，wc，’ftype’，window），利用设计好的低通滤波器用于DSP实时应用系统中。设计好的低通滤波器处理结果如图1所示。

输入波形的形状在时域上看不清楚，但是DSP的CCS软件可以很方便地转换到实时频域部分，通过频域波形可以看到信号是两个频率的叠加：一个低频率的波形与一个高频率的波形叠加而成。通过观察输入和输出的时域和频域图，可以得知输入波形中的低频波形通过设计好的低通滤波器，而高频部分则大部分被滤除。

2.自适应滤波在DSP中的应用。由于FIR和IIR滤波器无法实现最优化滤波的，而自适应滤波器，可以跟踪信号和噪声的变化，特别适合实时处理，如在脑电图、心电图测量、噪声抵消等方面得到广泛应用。自适应滤波仿真结果如图2所示，要求学生对仿真结果进行讨论。

从图2中的三个波形可以看出，输出波形在自适应滤波器的调整中逐渐与输入波形吻合，误差波形逐渐减小到0值附近，由此可说明设计的自适应滤波器提高了自动跟踪能力。

上面的两个例子将DSP理论课上的知识点和先修课程数字信号处理有机结合起来，通过DSP硬件方法讲解理论知识，进一步激发学生学习DSP的强大功能，DSP是当今嵌入式系统开发中最热门的学科。

五、结语

DSP应用技术是一门内容丰富、理论抽象、实践性很强的课程，在近几年的DSP应用技术的教学实践过程中体会到，必须进行DSP课程教学改革，注重优秀教材的选取，采用多种灵活的教学方法、丰富的教学手段，采用CCS开发软件和DSP实验板优化课堂教学，不仅丰富教学内容，而且加深学生对理论知识的理解；DSP实验室配套的实验项目有几十个，学生在有限的时间难以掌握，因此选做的四个实验要概括基础知识和拓展能力，对于学有余力的学生可以安排额外的时间进实验室，通过实践操作，使理论与实际紧密结合，取得令人满意的教学效果。

参考文献：

[1]高国旺，党瑞荣，任志平.DSP课程教学改革与创新实践探索[J].理工高教研究，2010，29（1）：131-133.

[2]刘爱民.一种DSP教学改革方法研究及实践[J].信息与电脑，2012（10）：188-189.

[3]康伟，王艳松.电气专业DSP教学内容与形式改革探析[J].中国电力教育，2013（2）：65-66.

[4]钱堃，房芳.面向运动控制的DSP技术及课程设计教学[J].电气电子教学学报，2013，35（2）：27-29.

省级重点专业建设立项：电气工程及其自动化，项目编号：2012JSZDZY-B185。