新能源背景下的电气专业DSP课程建设与改革

陈瑞成 夏 帅 程国栋

（中国矿业大学徐海学院 江苏 徐州 221000）

DSP，既被称为数字信号处理技术，又指用于实时完成数字信号处理的微处理器。[1]DSP处理器因其存储器架构合理、处理速度快、实时性高等优点，被广泛应用于信号处理、通信、图像识别、自动控制、仪器仪表等领域。因此，DSP课程已成为国内多所高校开设的专业方向必修课程。[2]随着新能源技术的发展，DSP课程将焕发新生，以新能源为背景的电气专业DSP课程建设与改革势在必行。

新能源是一门多学科交叉的新兴学科[3]，主体课程包括新能源发电技术和新能源汽车。无论是新能源发电还是新能源汽车都离不开高性能的数字信号处理器（DSP）的支持。DSP可以提供更高的处理速度和更多的外设资源，特别是模块化的PWM控制模块为新能源发电的变流器和新能源汽车用控制电机提供了更丰富的资源和控制自由度。因此，在新能源技术大发展的背景下，DSP课程的建设与改革应更具特色，且能够服务于新能源技术的发展。为了引导学生建立正确的世界观、价值观和人生观，响应国家“课程思政”建设的号召，DSP课程的改革还应引入思政元素。

一、DSP 课程建设存在的问题

（一）课程建设没有结合专业特色

DSP课程涉及多个领域，国内高校电子、信息、电气、自动化等多个专业都开设了DSP课程，带有普适性，教授内容基本一致，没有结合专业特色。另外，DSP课程涉及内容较多，包括硬件结构、存取器分配、各种外设、汇编指令、寄存器操作、CCS软件开发等。由于是在大三下学期才开设的专业方向性课程，学时较少，如何结合专业特点，在有限的学时内，对课程内容进行优化升级，是电气专业DSP课程建设与改革首先要解决的问题。

（二）知识结构没有结合实际应用

传统DSP课程侧重于DSP芯片硬件结构、汇编指令系统，应用部分涉及较少，课程知识结构没有结合实际应用。具体而言，体现在两个方面：一方面，课程讲授所使用的DSP芯片型号和工业现场有较大差距，更新换代速度比较慢，导致课程知识结构滞后，这对于应用性较强的DSP课程来说显然是不合适的。另一方面，汇编语言使用的场合越来越少，把DSP课程的很大一部分学时分在汇编指令系统的讲解上，不仅和单片机课程有所重复，而且压缩了DSP课程应用部分的学时，无法引入和工业现场更加相关的实例化内容。

（三）课程设计没有结合思政元素

和其他专业课程类似，DSP课程作为专业必修课程，更多地侧重于学生专业知识的拓展和专业能力的提高，对于学生思想道德方面的培养很少涉及。而大三是大学生涯的重要节点，这一时期大学生将会进行一次人生的重大抉择——读研或者就业，无论读研还是就业，都需要正确的价值观引导。读研意味着继续深造，意味着在中华民族伟大复兴中有可能扮演更重要的角色，成为国家的高新技术人才，思想政治水平的提高至关重要。就业意味着走向社会，意味着将为祖国的社会主义建设添砖加瓦，需要具备辨别是非曲直的能力。DSP课程教学设计中思政元素的缺失，将使思政教育丢掉一块重要阵地。

二、DSP 课程专业理论的建设与改革

（一）课程建设与改革的目标

在新能源技术蓬勃发展的背景下，电气专业DSP课程建设与改革的总体目标为：培养能够适应新能源技术发展的电气专业应用型人才，通过课程内容和形式上的改革，为《新能源汽车》《新能源发电》等课程提供更加坚强的编程技术支持，促进课程之间的交叉融合。具体而言，分为两个方面：其一，以电气专业为主体，结合新能源汽车技术，提高DSP课程的应用性，对理论内容进行重新规划，优化知识结构。其二，定向开发DSP实验装置，打造课内实验、课程实训和毕业设计相统一的一体化实验平台。

（二）课程知识结构的调整与优化

根据前述DSP课程建设与改革的目标，对课程知识结构的优化调整从两个方面入手，分别是理论内容的重新架构和实验内容的整合升级。

1.理论内容的重新架构

改革后的理论内容包括DSP硬件基本机构、主要外设功能应用和DSP的综合实例化三部分，所有涉及编程的内容都使用C语言。这三部分内容的选取非常必要，且相互衔接、环环相扣。硬件结构的学习主要是了解DSP的特点、硬件机理及与其他微处理器的区别。了解了硬件结构，外设部分的学习更有针对性，通过外设功能的学习应用，可为DSP的综合实例化做准备。DSP的综合实例化，是课程应用的终极目标，通过增加来源于工业实际应用中的被控对象或复杂实训对象，例如直流电机、异步电机、直流无刷电机、永磁同步电机，可使学生加深对工业现场的理解，建立起系统化思维。

具体而言，为了体现DSP最新发展技术，选择浮点型DSP控制器TMS320F28335作为硬件结构的讲解对象。该款芯片是TI主推高性能TMS320C28x系列DSP控制器，主频高达150MHz；具备I2C、SPI、eCAN、ePWM等总线接口，适用于各种控制类工业设备，在新能源领域也有较广泛的应用。选取的主要外设包括GPIO、ePWM、eQEP、ADC、SCI、SPI等，知识架构由简到难，循序渐进。DSP的综合应用实例选择永磁同步电机DSP控制系统，永磁同步电机因其体积小、效率高是新能源电动汽车驱动用电机的首选，学生通过该实例的锻炼和培养，为未来从事新能源及相关行业或者进一步从事科学研究打下基础。

2.实验内容的整合升级

实验内容的改革主要体现在实验装置的优化升级和实验项目的调整。

实验装置采用核心板和扩展板双层箱式结构，功能分区和布局如图1所示，图中28335核心板和电机接口具有扩展性。随着芯片技术的发展，更高性能的芯片也会被制造出来，课程也应与时俱进，引入最新技术。此时，核心板的扩展性优势就体现出来了。而电机接口的可扩展性，有利于更多的应用实例被引入实验课程，直流电机、永磁无刷电机、永磁同步电机、交流异步电机都可以作为实验装置的电机扩展模块。

图1 DSP实验装置功能分区和布局

实验项目则针对不同的应用对象进行设置和调整。针对课内实验，设置3—5个基本外设实验，包括GPIO、ADC、PWM和SCI通信等；针对课程实训，除基本的外设实验外，增加难度较小的永磁无刷电机应用实验；针对毕业设计，则可以进行永磁同步电机矢量控制实验。

三、DSP 课程思政理论的探索与引入

课程思政是指高校教师在传授课程知识的基础上引导学生将所学的知识转化为内在德性，转化为自己精神系统的有机构成，转化为自己的一种素质或能力，成为个体认识世界与改造世界的基本能力和方法。[4]“课程思政”的目标是将全程育人的理念融入所有课程中。[5]因此，DSP课程也应该引入思政元素。

（一）透过DSP课程看爱国主义教育

大学生是实现祖国伟大复兴的后备力量，针对大学生的爱国主义教育应体现在大学生涯的每个时期。爱国主义教育不能停留在口号上，也不能仅仅依赖于思政课程的直接渗透，应在专业课程的教学中融入爱国主义教育。[6]但专业课程的主要目的是提升学生的专业能力，这一点不能变，不能本末倒置，专业课程的爱国主义应该是润物细无声的。

在DSP课程的教学中，有很多可以和爱国主义相结合的点。讲到DSP芯片的市场份额时，应告诉学生，DSP芯片大都被国外公司垄断，中国的DSP芯片基本上都依赖于进口。但是，国内的一些公司已经开始自主设计生产，例如进芯电子生产的3个系列的芯片与美国TI公司生产的DSP芯片完全兼容，且某些方面性能更优，激发学生的爱国热情。提醒学生保持正确的认知，不能偏激，既要学习美国先进的技术和理念，又不能忘记中华民族的优良传统，要为祖国的伟大复兴添砖加瓦。

（二）透过DSP芯片迭代看发展创新

新时代大学生应该具备创新意识，能够用创新思维独立解决实际问题。而专业课的教学内容更加贴近实际，在教学过程中应通过选择合适的内容，提取其中的哲学思想，并以此对学生进行思政教育。

发展是哲学术语，DSP芯片的迭代更新就是体现了发展的内涵，由低位到高位、由低频率到高频率、由定点型到浮点型、从单核到多核都体现了由小到大、由简到繁、由低级到高级、由旧物质到新物质的运动变化过程。告诫学生要用发展的眼光看问题，不能墨守成规；教育学生要有创新意识和创新思维，要大胆求变。

四、结语

以电气专业为主体，结合新能源发展背景，对DSP课程进行建设和改革，从理论和实践两方面对课程知识结构进行优化，对课程理论内容进行重新架构，对实验内容进行重新调整和升级，使其能够满足培养新能源技术人才的需要。以爱国主义教育和发展创新的哲学思想为切入点，在改革中引入思政元素，使专业必修课程也能起到“育人”的功能，体现“课程思政”全程育人的理念。本文对电气专业DSP课程的建设与改革为其他专业相关课程改革提供了一个重要思路。