DSP技术及应用课程教学改革研究

王培容++曹阳

摘要： DSP技术及应用课程是重庆理工大学电子信息与自动化学院的一门专业课。课程内容包括DSP 芯片的硬件结构、指令系统、软硬件设计，技术含量高，内容结构复杂。针对当前学习时数少而教学内容多的矛盾，该文提出根据教材内容，设计由浅入深，由易入难的结合DSP的CCS开发平台和MATLAB的各个案例，通过案例进行教学。从改革的情况来看，在与原教学方法比较的结果中可以得出，实施以上教学改革方法，使学生对DSP技术的学习兴趣增加，更加体会到DSP在当今数字信号处理中的重要作用。

关键词：DSP技术；教学改革；案例教学

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）06-0158-02

Teaching Reform Research of DSP technology and Application Course

WANG Pei-rong，CAO Yang

（College of Electronic Information and Automatization， Chongqing University of Technology， Chongqing 400050， China）

Abstract： In Chongqing University of Technology， DSP technology and application course is a professional course of the College of electronic information and automation.. The course content includes DSP chip's hardware structure， instruction system， software and hardware design. The course has high technology content and complex content structure. In current study fewer hours and teaching contents of contradiction， teaching based case is presented in this paper according to the teaching content， design from the shallow to the deep， from easy into difficult with DSP CCS development platform and MATLAB. Through the case of teaching. From the point of view of reform， in the results compared with the original teaching methods can be drawn， implementation of the above methods of teaching reform， increase the students of DSP technology learning interest， and more realize the important role of DSP in today's digital signal processing..

Key words： DSP technology； teaching reform； case teaching

1 引言

数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科[1]，它与微积分、随机过程、概率统计、信号与系统、模式识别、神经网络等学科密切相关。20世纪60年代以来，计算机和信息技术的飞速发展有力地推动和促进了DSP技术的发展。数字信号处理作为数字化最重要的技术之一正以前所未有的速度向前发展，数字信号处理器因为其独特的结构而特别适合于快速实现各种数字信号处理算法，并在通信、雷达、声呐、语音合成和识别、图像处理、自动控制、医疗工程设备、仪器仪表等众多领域获得广泛的应用。进入21世纪后，人类社会已迈入了数字化时代，DSP应用技术是这个时代的核心技术之一，而DSP正是这场数字化革命的核心。《DSP技术及应用》 这门课程技术含量高、知识点多、内容结构复杂，学生普遍反映难学难入门。因此，有待于改进当前的DSP教学方法，探索新的DSP教学方法。

2 教学课时安排

普通高等理工学校通常将《DSP技术及应用》这门课程安排在大三、大四或研一等高年级阶段。这门课程的综合应用性很强，所以要求学生既要有一定的硬件知识，如微机原理、单片机原理以及EDA 等，还要求学生有汇编语言和C语言程序知识；对教师则要求其是综合性应用 DSP 技术能力强的人才，教师既要懂教学规律，又要有教学经验，最好还应做过DSP技术的相关项目。该课程现行教学计划和大纲是让学生在有限的时间内掌握这门应用技术， 培养他们成为动手能力强，宽口径的应用型人才。近几年，重庆理工大学电子信息与自动化学院对这门课程的安排是32课时的理论教学再加上16课时的实验教学。理论课从DSP TMS320C54系列芯片的硬件结构、指令系统和数字信号处理算法入手展开教学，实验课利用TMS320C54系列实验箱、按 CCS 软件使用、汇编语言基本指令、Matlab语言及C 语言程序算法设计的方式进行实验教学。按上述理论+实验的这种方式进行教学，学生反映课时数较少而知识点却太多，难以入门，难以掌握这门数字信号处理的相关技术。

3 教学内容和教学反馈

重庆理工大学对《DSP技术及应用》这门课程每周安排4课时的理论课。课程内容除包括DSP 芯片的硬件结构、指令系统、CCS开发工具的使用外，还强调 DSP 芯片在数值运算方面的特点，介绍算法在DSP 应用系统中实现的整个流程。在以往的教学中，授课老师往往是按选定的某一本教材按顺序进行讲解，由于知识点太多，学生在接受时非常有难度。比如DSP的TMS320C54x的指令系统共有129条基本指令，由于操作数的寻址方式不同，由它们可以派生多至205条指令。老师在讲解指令系统时如果仅按教材顺序进行讲解，不易引起学生的学习兴趣，这样学生对学习DSP相关知识的积极性也就不高。从高等教育学、心理学知道，在教学目的和环境构造后，学习是一个循序渐进，不断解决问题的构造过程，教学是一个诲人不倦，徐徐善诱的引导启发过程。因此，我在给2013级的电子信息工程专业的学生讲授这门课时，采用案例式教学方法，根据教材内容中的各知识点，设计了由浅入深，由易入难的结合DSP的CCS开发平台和Matlab的各个案例，通过案例进行教学。一学期的授课结束后，学生普遍反映这种教学方法能让他们基本掌握DSP这门课程的相关知识点，对DSP技术的应用产生了较强的兴趣。

4 案例教学法[2][3]一般步骤

（1）准备案例。在案例教学中设计案例时要以学生为主角，教师在授课时将准备好的案例预先告知学生，并简单介绍案例所涉及的知识点，让学生了解案例内容，并要求学生查找一些必要的资料，为完成案例做好相应的准备[4]。教师提供的题目一定要有难有易、分层次、多样化，满足学生的由易渐难的认知规律。比如，在《DSP技术及应用》这门课程中，老师在简要讲解完汇编指令系统后，可设计一个用汇编语言编写FIR滤波的案例。要求学生对一个有低频和高频的混合正弦信号进行低通滤波。

（2）分析讨论案例。分析讨论案例是案例教学过程的中心环节，教师应针对案例逐步地提出一些问题让学生对这些问题进行讨论，设法调动学生的主动性，引导学生紧紧围绕案例展开讨论，方式可以是全班一起讨论，也可以划分成小组讨论。比如上述的FIR滤波的案例，我首先引导学生讨论输入的混合信号如何生成。输入信号假设是1000点的含有低频和高频的混合正弦信号，如果用伪指令.word来定义这1000点信号，显然是不可能的。这时，老师启发学生可用Matlab工具先生成一个满足要求的混合信号后，再将其转变成DSP所能接受的数据输入格式。接着教师提出随后的问题，如何设计滤波器，如何编写滤波算法程序等。通过这个FIR滤波的案例教学，学生掌握了如何用定点DSP芯片表示小数，深刻理解了小数的表示方法。

（3）总结案例。在学生对案例进行分析、讨论、得出结果之后，教师要对案例进行归纳总结，针对案例中提出的各问题做出恰如其分的评价，并针对案例中的主要知识点做出强调，使学生加深对知识点的掌握。案例各问题中若学生有讨论中不够深入、不够确切的地方，教师应做重点讲解。同时教师还要特别提出，通过案例分析讨论，学生应吸取什么样的经验，以此为后续的学习打下坚实的基础。

5 基于Matlab 的DSP教学

数字信号处理领域的应用是Matlab教学的主要内容之一，同时也是 Matlab与DSP 技术相结合的典型领域。从课程体系上看，学生已完成了Matlab这一课程的学习，具有一定的理论基础。因此，在讲解DSP这门课程时可将Matlab融合进DSP课程的教学中，有利于加强二者在应用实践上的联系。我为学生设计了一个案例，要求学生用汇编语言编程对有噪声的图像进行中值滤波，去除图像的噪声。要求学生首先用MATLAB语言实现噪声滤除，理解中值滤波的算法原理。并要求学生在Matlab工具中将图像文件转成DSP中的DAT文件格式。通过这个案例，学生深刻掌握了DSP的DAT文件格式，学到了一些书本上没有的，需要搜集资料才能解决问题的方法。

6 实施因材施教和多样化

设计案例时，教师提供的题目一定要有难有易、分层次、多样化，以满足学生的由易渐难的认知规律。为此，我在《DSP技术及应用》课程的教学中，按照低、中、高三个难度层次设计了多个案例项目，甚至在一个项目中也设置了可扩展的几个内容。学生可结合自己的学习情况选择相应的题目，最后根据学生项目的难易层次和完成情况给出优、良、中、及格、不及格五等成绩。

7 结束语

通过对电子信息和通信工程2013级学生的教学实践表明， 在《DSP技术及应用》课程的教学中，根据教材内容精心设计案例这一改革思路是行之有效的。它能有效地解决《DSP技术及应用》这门课程内容结构复杂和学时数少的矛盾，较好地激发学生的学习兴趣，增强了学生分析问题，解决问题的动手能力。

参考文献：

[1] 曹阳.DSP原理及实践应用[M].机械工业出版社，2015.

[2] 王青梅，赵革.国内外案例教学法研究综述[J].宁波大学学报：教育科学版，2009，31（3）：7-11.

[3] 邵光华.教师教育中的案例教学法研究及其启示[J].教师教育研究， 2001，13（5）：54-59.

[4] 董继华.案例教学的探索和实践[J].人力资源管理，2011（5）.