葉 青 黃 明 宋 鵬

北方工業(yè)大學(xué) 北京 100144

DSP應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)改革的研究與探索

葉 青 黃 明 宋 鵬

北方工業(yè)大學(xué) 北京 100144

DSP應(yīng)用技術(shù)課程是一門(mén)集工程性、技術(shù)性和實(shí)踐性于一體的專(zhuān)業(yè)課程。結(jié)合我校DSP應(yīng)用技術(shù)教學(xué)當(dāng)前實(shí)際情況，針對(duì)DSP應(yīng)用技術(shù)課程的教學(xué)現(xiàn)狀和課程特點(diǎn)，從理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面對(duì)該課程進(jìn)行了改革，提高了課程的整體教學(xué)效果，達(dá)到了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合的目的。

DSP應(yīng)用技術(shù)；教學(xué)改革；研究與探索

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理作為數(shù)字化最重要的技術(shù)之一正以前所未有的速度向前發(fā)展。數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor)也稱(chēng)為DSP芯片，是專(zhuān)門(mén)針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理需要而設(shè)計(jì)的一種微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算。DSP芯片自20世紀(jì)70年代末80年代初誕生以來(lái)，已經(jīng)在信號(hào)處理、通信、語(yǔ)音處理、圖形圖像、軍事、儀器儀表、自動(dòng)控制、醫(yī)療、家用電器等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，DSP芯片成為數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域不可替代的器件。由于DSP應(yīng)用技術(shù)的內(nèi)容涉及的理論與技術(shù)非常廣泛，實(shí)踐性又很強(qiáng)，DSP應(yīng)用技術(shù)已成為電子、通信類(lèi)專(zhuān)門(mén)人才應(yīng)具備的一項(xiàng)重要的專(zhuān)業(yè)技能。為滿(mǎn)足社會(huì)對(duì)掌握DSP技術(shù)的人才的迫切需求，我國(guó)許多高校先后在電子和通信類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了DSP應(yīng)用技術(shù)課程，因此對(duì)DSP教學(xué)進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，如何更好地進(jìn)行DSP應(yīng)用技術(shù)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)并使學(xué)生具備良好的DSP應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力成為當(dāng)前教學(xué)改革工作中的一件大事。

1 DSP應(yīng)用技術(shù)課程的教學(xué)現(xiàn)狀和課程特點(diǎn)

DSP應(yīng)用技術(shù)作為一門(mén)年輕的課程在當(dāng)前高校中開(kāi)設(shè)，以其工程性、技術(shù)性和實(shí)踐性集于一體的特征受到了學(xué)生的廣泛歡迎。該課程涉及的知識(shí)面廣，教學(xué)內(nèi)容多，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生熟悉DSP的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本理論和算法，學(xué)會(huì)使用匯編語(yǔ)言、C/C++語(yǔ)言、DSP代碼生成與調(diào)試等相關(guān)工具，并要求學(xué)生把學(xué)到的理論和方法在實(shí)驗(yàn)中加以驗(yàn)證。該課程在本科生中開(kāi)設(shè)重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生具備利用通用可編程數(shù)字信號(hào)處理器芯片完成數(shù)字信號(hào)處理硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件編程的能力。

DSP應(yīng)用技術(shù)課程在我校作為電子信息工程、通信工程等專(zhuān)業(yè)本科生的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課程。該課程具有以下特點(diǎn)：

1.1 需要前期課程理論知識(shí)支撐

DSP應(yīng)用技術(shù)教學(xué)需要學(xué)生具有較扎實(shí)的前期課程理論知識(shí)，學(xué)生要掌握電子技術(shù)、微機(jī)原理、數(shù)字信號(hào)處理等課程的理論知識(shí)和相關(guān)算法，同時(shí)還應(yīng)該具有匯編和C語(yǔ)言的編程能力。

1.2 課程內(nèi)容多，課時(shí)緊

DSP應(yīng)用技術(shù)課程內(nèi)容多、課時(shí)緊，DSP芯片具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，教學(xué)過(guò)程需要對(duì)其豐富的硬件資源、特殊的指令系統(tǒng)以及匯編程序設(shè)計(jì)、高級(jí)語(yǔ)言編程、開(kāi)發(fā)工具CCS的使用進(jìn)行一一講解，因此必須對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，爭(zhēng)取用最少的學(xué)時(shí)，達(dá)到最佳的效果。

1.3 實(shí)踐性強(qiáng)

DSP應(yīng)用技術(shù)課程以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，要求學(xué)生從實(shí)踐中掌握DSP的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS的使用、DSP匯編指令、DSP片內(nèi)片外資源的初始化和驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)字信號(hào)處理各種算法的實(shí)現(xiàn)。因此該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)設(shè)需要提供DSP開(kāi)發(fā)板、DSP仿真器和計(jì)算機(jī)，學(xué)生才可以在DSP實(shí)驗(yàn)室完成各種實(shí)驗(yàn)。

1.4 DSP芯片種類(lèi)繁多，更新速度快

DSP芯片種類(lèi)繁多，不同公司的芯片無(wú)論是硬件結(jié)構(gòu)還是匯編指令都不通用。甚至同一個(gè)公司不同系列的DSP結(jié)構(gòu)和指令也都大不相同。各校DSP課程由于專(zhuān)業(yè)不同，定位不同及選用的DSP芯片類(lèi)型也不相同，教學(xué)內(nèi)容也就各不相同，教材也多種多樣。DSP芯片更新速度快，DSP應(yīng)用技術(shù)課程的內(nèi)容也需要經(jīng)常更新，體現(xiàn)出DSP技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。

基于D S P應(yīng)用技術(shù)的上述特點(diǎn)，如何在有限的教學(xué)時(shí)數(shù)內(nèi)高質(zhì)量地完成DSP課程大量?jī)?nèi)容的教學(xué)任務(wù)，如何使該課程與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，使學(xué)生掌握用理論分析處理實(shí)際信號(hào)、設(shè)計(jì)實(shí)際系統(tǒng)的方法，是當(dāng)前教學(xué)改革研究的一個(gè)熱點(diǎn)，是提高教學(xué)質(zhì)量必須解決的問(wèn)題。

2 DSP應(yīng)用技術(shù)理論課程教學(xué)改革

DSP應(yīng)用技術(shù)課程教師課堂教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的難度都較大，理論教學(xué)環(huán)節(jié)必須幫助學(xué)生理解和掌握該課程的基本概念、基本原理。根據(jù)DSP應(yīng)用技術(shù)課程的特點(diǎn)和我校課程開(kāi)設(shè)的實(shí)際情況，我們總結(jié)出一套自己的教學(xué)方法，主要有：

2.1 采用多媒體與傳統(tǒng)板書(shū)相結(jié)合的教學(xué)方式

根據(jù)該課程內(nèi)容多、課時(shí)緊、學(xué)習(xí)起來(lái)較枯燥的特點(diǎn)，我們注重應(yīng)用多媒體課件教學(xué)，制作出一套內(nèi)容豐富、注重實(shí)例演示的多媒體教學(xué)課件，該套多媒體教學(xué)課件可以將許多示意圖生動(dòng)地展示給學(xué)生，如DSP的硬件結(jié)構(gòu)、流水線操作示意圖、控制時(shí)序的工作流程等，還可以節(jié)省更多的課堂時(shí)間；同時(shí)理論課堂教學(xué)中利用傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)方法講授重點(diǎn)和難點(diǎn)，增加學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。將多媒體教學(xué)方式與傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)方式結(jié)合起來(lái)能夠更快更好地向?qū)W生傳輸大量信息。

2.2 突出教學(xué)內(nèi)容，開(kāi)拓學(xué)生知識(shí)面

教學(xué)內(nèi)容圍繞DSP主要是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理這一特點(diǎn)，在了解DSP芯片結(jié)構(gòu)的前提下側(cè)重于DSP芯片的特性和使用。增加DSP應(yīng)用技術(shù)中所用到的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS使用方法的具體介紹，減輕學(xué)生學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)環(huán)境的難度；同時(shí)增加片內(nèi)外圍設(shè)備的介紹，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。鑒于DSP技術(shù)的不斷發(fā)展，教學(xué)中增加DSP發(fā)展的新趨勢(shì)，使學(xué)生多接觸新知識(shí)。當(dāng)然有限的課堂講述并不可能把全部相關(guān)的知識(shí)講述清楚，課堂中給學(xué)生列出相關(guān)內(nèi)容的參考文獻(xiàn)，學(xué)生可在課后自己閱讀，拓展學(xué)生知識(shí)面。實(shí)踐證明，這種做法收到了很好的效果。

2.3 大力開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

結(jié)合我校已有的多模式教學(xué)網(wǎng)，建立教學(xué)網(wǎng)站，網(wǎng)站中包含教學(xué)課件、習(xí)題解答、課外輔導(dǎo)資料、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)和例程、課外科研活動(dòng)選題資料、網(wǎng)絡(luò)答疑以及網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)等項(xiàng)目。這些都為學(xué)生學(xué)習(xí)DSP課程提供了良好的學(xué)習(xí)資源，達(dá)到了輔助教學(xué)的目的。

3 DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革

D S P應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該課程的重要組成部分，其任務(wù)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生對(duì)DSP應(yīng)用技術(shù)有一個(gè)清楚全面地認(rèn)識(shí)并激發(fā)起學(xué)生對(duì)DSP知識(shí)的濃厚興趣，熟悉TMS320C54X開(kāi)發(fā)工具CCS的使用，鍛煉學(xué)生的軟件編程和硬件調(diào)試能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的綜合設(shè)計(jì)能力。我校結(jié)合TMS320VC5402芯片對(duì)DSP應(yīng)用技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行如下改革：

(1)根據(jù)DSP實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件條件，結(jié)合國(guó)內(nèi)知名高校DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程所開(kāi)設(shè)的內(nèi)容，規(guī)范并編寫(xiě)了DSP應(yīng)用技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。

(2)開(kāi)發(fā)了TMS320VC5402最小系統(tǒng)板，并供學(xué)生實(shí)驗(yàn)使用，使學(xué)生更好地了解DSP系統(tǒng)板的構(gòu)成，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(3)擴(kuò)充硬件教學(xué)設(shè)備，以硬件仿真器編程控制DSP芯片的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式取代過(guò)去DSP軟件仿真器編程為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。我校購(gòu)置大量DSP實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在新的DSP實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件條件上，全面開(kāi)展采用硬件仿真器編程控制DSP芯片的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，通過(guò)學(xué)生自己動(dòng)手搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，安裝驅(qū)動(dòng)程序，使用DSP編程工具CCS編寫(xiě)程序，編譯、鏈接、裝載、執(zhí)行、查看執(zhí)行結(jié)果等各個(gè)步驟加深對(duì)DSP應(yīng)用技術(shù)的整體認(rèn)識(shí)，掌握DSP芯片的應(yīng)用技術(shù)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課堂教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，鍛煉學(xué)生的編程能力并強(qiáng)化學(xué)生的硬件基礎(chǔ)知識(shí)。

(4)開(kāi)設(shè)了DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，給學(xué)生提供一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手和編程能力，為我校順利開(kāi)展此類(lèi)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、大學(xué)生科技行動(dòng)及各類(lèi)電子競(jìng)賽奠定良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)DSP應(yīng)用技術(shù)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)改革，大幅度地提升了課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體教學(xué)效果，達(dá)到了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合的目的，為學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)字信號(hào)處理理論基礎(chǔ)，提高了他們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，我門(mén)需要緊跟時(shí)代步伐，不斷改進(jìn)DSP技術(shù)這門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)形式，培養(yǎng)出合格的有技術(shù)、有創(chuàng)新能力的應(yīng)用性人才。

[1]趙紅怡.DSP技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例(第2版)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008

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Abstract: DSP application technology is a professional course with engineering, technical and practical. In this paper,combining the current actual situation of DSP application technology teaching in our school, we carry on the teaching reform of DSP application technology based on teaching situation and characteristics of curriculum, which includes theoretical teaching reform and practical teaching reform. The teaching reform improves the whole course teaching effect and achieves the closely combination of theoretical teaching and practical teaching.

Key words: DSP application technology; teaching reform; research and exploration

Research and exploration on teaching reform of DSP application technology

Ye Qing, Huang Ming, Song Peng
North China university of technology, Beijing, 100144, China

2010-10-19

葉青，碩士，講師。

北方工業(yè)大學(xué)2010年教育教學(xué)改革項(xiàng)目。