“新工科”背景下新型高水平理工科大学《DSP系统设计》教学实践

秦斐燕，郭芳，雷瑞庭，康丽

（东莞理工学院，广东东莞，523808）

0 引言

《DSP系统设计》是一门讲授数字信号处理器（嵌入式处理器之一）使用的课程。由于强大的处理能力和易于设计等特点，数字信号处理器广泛应用国民经济的各方面，如：通信、医疗器械、控制等。同时，国内很多高校都开设《DSP系统设计》课程[1-5]。

目前，很多学校都对该门课程的教学改革进行研究。文献[6]对苏州大学从问题引入，采用思维导图方式把各个相关知识点串联起来，并充分利用慕课进行混合教学模式和过程考核探索，进行详细介绍。文献[7]对华侨大学在面向企业需求的DSP人才培养方面存在的问题进行分析，并给出了一些建议的改进措施。如：增加实验课时，加强与企业合作等。文献[8]基于吉林大学的教学和思考提出从芯片发展、指令系统和算法编程三个方面，将DSP原理与应用课程和数字信号处理课程有机结合。文献[9]提出将C2000 LaunchPad作为实验箱的补充引入DSP系统设计课程中。文献[10]介绍了南昌航空大学基于嵌入式命令词语音识别系统的项目贯穿式教学改革。可以看出，上述文献对“新工科”背景下新型高水平理工科大学对工程人才培养的讨论并不充分。

2017年，文献[11]对东莞理工学院该门课程从教学目标、教学要点和难点、教学内容以及课程考核几个方面进行了全面介绍。目前该课程是东莞理工学院电子信息工程、自动化、电气工程与自动化、光电信息工程四个专业的专业选修课。本文将结合学生后续课程的学习和毕业设计的完成情况，对近三年，东莞理工学院在该课程开展过程中存在的问题进行梳理，并给出本文的一些思考。本文的最后是对全文的总结。

1 目前教学中存在的问题

本部分对目前东莞理工学院《DSP系统设计》课程中存在的问题进行梳理，主要有以下四点。

1.1 学时安排不充分

近三年，本课程课时安排多为理论课时为33学时，实验课时为12学时。未来，按照学校“重基础，宽口径”的工科教育理念。本课程的理论课时将压缩为24课时，实验课时为8课时。由于本课程是一门C语言、汇编语言和硬件设计相综合的课程，知识面广泛，内容繁杂，具体包括：处理器硬件结构、存储、寻址方式、指令系统、片内集成外设开发与测试、数字信号处理算法的C语言与汇编语言实现、以及硬件设计。虽然本课程在讲解过程中，注重的基本原理、DSP与单片机的不同之处、DSP中C语言设计与普通C语言的不同之处，但，由于课程本身内容多，所以，现有的学时安排无法满足学生对DSP系统设计的充分掌握。

1.2 教材需要进一步改进

由于《DSP系统设计》是应用型课程，本课程采用的C55x系列单片机的教材大部分是对TI公司TMS320C5509芯片或C55x芯片的官方资料进行翻译。由于设计知识面广泛，有时候，译文会使学生不容易理解芯片本身的内容。另外，教材没有充分考虑应用型本科学生的知识储备，不能提供能使四门先修课程融会贯通的例子。另外，教材中缺乏对知识更加生动的描述方法。比如：在DSP适中发生器一节，介绍时钟模式寄存器时，仅说明时钟发生器内有一个数字锁相环和一个时钟模式寄存器，没有对两者间信号的传输进行说明。

另外，在DSP系统设计中，多个中断请求后的中断处理是一个非常重要的知识点。但是，目前的教材中，仅仅是对中断处理的文字说明，没有给出详细的例子，结合程序进行说明。这一点反映在，学生在毕业设计中，如果使用一个超声波传感器，学生能够容易的完成工作。但是，当同时使用4个超声波传感器时，主控芯片在同时接收到4个信号时，不能分辨出来究竟是哪一个传感器发出的信号。

1.3 学生对知识的理解不充分

本课程的学习需要提前学习《C语言程序设计》《微机与单片机原理》《数字信号处理》《汇编语言》四门课程，对学生综合运用知识的能力要求比较高。而部分同学由于前期积累不够，尤其是数字信号处理算法的编程上，因此，在本课程学习中略显吃力。这一点体现在，实验的参考程序中，寄存器地址和寄存器内数值的理解。期末考试的综合题部分，根据功能完成代码部分，仅有少数学生能完成。

学生可以完成课内实验与考核，但是对于综合性实验，仅有个别同学能独立完成。这一点集中体现在交通灯实验中。尽管实验课前，老师会在课堂上对该实验做简单介绍，并进行提示，让学生提前准备程序。在4个学时的实验课上，老师仍然会对实验原理和要求进行讲解，并在实验进行1个学时后，再次对参考程序的难点部分进行讲解。但是，仅有个别同学能独立完成该实验。这说明，学生对算法的学习和硬件编程能力亟待提高。

2 教改建议

本部分针对当前《DSP系统设计》教学中存在的问题，给出一些建议的改进措施，主要包括以下四点。

（1） 针对课时问题，可以从以下几方面入手：教师应课下多下功夫研究知识点间的内在联系，吃透教材，精准分配学时。如未来24学时的理论教学和8学时实验教学课时分配将按表1和表2进行。

表1 《DSP系统设计》理论课学时分配

表2 《DSP系统设计》实验课学时分配

充分利用多媒体、慕课等资源将非关键知识点的内容，让学生通过教师录播的视频、慕课等方式来进行学习。课堂重点对关键知识点进行讲解。另外，也可以鼓励学生课前课后学习慕课中的精品教程。比如：苏州大学胡剑凌等老师的《DSP技术》中虽然教材讲解的是C54x芯片，但是硬件结构一章，很多与本课程使用的C55x芯片相同，且知识点讲解时结合基本电路单元的原理图来进行，学生易于理解[12]。

（2）针对教材缺陷问题，可以通过以下措施进行改进：教师应不断通过毕业设计指导、学校为学生提供的大创项目、攀登计划等学生实践项目的指导来为教学积累素材。如2020年，以“基于DSP的电池充放电管理系统设计”为题的毕业论文获得优秀毕业设计论文；目前一项学生大创项目“面向微型旋翼无人机的锂离子电池管理系统研究”在顺利开展。

通过横向与纵向科研项目开展、外出培训等方式不断增强自己的理论能力与实践能力。如：整车控制器开发等。

通过教改项目开展的方式提升教师提炼知识点与重点难点。如：本课程组已经获得一项东莞理工学院的教改项目《DSP系统设计》，并且获得东莞理工学院疫情期间优秀教学案例奖一项。

教师需要多参阅其他的优秀教材，做到能使多门学科的知识融会贯通。如：胡剑凌等编著的《DSP技术原理与应用系统设计》、俞一彪等主编的《DSP技术与应用基础》等。

（3）针对学生对知识的理解不充分，一方面，在后续课程中，应该在课堂中多引用实际程序作为例程讲解；另一方面，在《TMS320C55x软件设计实例》这一章讲解时，重点放在算法思想与算法的编程实现要点。同时，教师也可鼓励学生观看优秀的慕课实验课程，使学生理论和实验结合理解知识。比如：电子科技大学邓建华等老师的《DSP课程基础实验》[13]。虽然该实验课程的实验设备中为C6000系列DSP芯片，但是，该课程中老师对实验精髓和器件精髓的讲解可以给学生带来新的启发。

（4）对于综合性实验完成度低的问题，一方面，教师应根据学生的实际情况，调整综合性实验的设置，最好能在把实验分解成若干小任务，不同任务难度逐步加大，使大部分同学都能参与进来，并且有所锻炼与收获；另一方面，教师应加强实验引导。比如：交通灯实验中需要用到有限状态机算法，教师可以在软件实例课堂上对该算法思想与流程图进行讲解，并结合另外一个应用的实际例程对该算法在编程上的注意事项进行讲解，降低学生进入该实验的难度。