《數字信號處理應用技術》課程設計教學研究

張彥 鄭州輕工業學院 450002張濤 信息工程大學 450002

《數字信號處理應用技術》課程設計教學研究

張彥 鄭州輕工業學院 450002張濤 信息工程大學 450002

數字信號處理應用技術是一門實踐性很強的專業課，課程設計教學環節在本門課程的授課過程中占有很重要的地位，本文對數字信號處理應用技術課程設計的的教學現狀進行了分析，對課程設計教學過程中的設計題目選擇、課程設計方法及相關實驗設備進行了研究，提出了一些改進方法。目的是提高本門課程課程設計的教學效果，提高學生的分析問題解決問題和動手能力，使學生們通過課程設計的學習更加適應工作的需要。

1.數字信號處理應用技術課程設計教學現狀

數字信號處理應用技術是電子和信息專業的一門高年級專業課，是基礎專業課“數字信號處理”課程的具體應用。學生們在學過數字信號處理后，通過學習數字信號處理應用技術這門課程，掌握實際工作中利用數字信號處理芯片實現數字信號處理各種算法的方法。

數字信號處理課程設計是在數字信號處理課程結束后，利用一周的時間，進行綜合性的設計實驗，目的是通過綜合性的設計過程，將數字信號處理應用技術課程講授的各個基礎知識綜合應用，使學生們對數字信號處理應用技術的知識點有直觀現實的了解。目前，數字信號處理應用技術課程設計主要以TI公司的TMS320C54x芯片為實驗芯片，設計過程中涉及的知識主要有：TMS320C54X 芯片的結構及基本原理，TMS320C54X的片上外設，DSP系統的硬件設計，DSP系統的軟件設計及集成開發環境CCS的使用。

由于實驗教學環節的課時比較少，目前實驗以簡單的驗證性實驗為主，因此，用一周的時間完成某個設計題目的課程設計環節對提高學生的動手能力，分析解決問題的能力有很大的幫助。

2. 課程設計教學研究

現代教育目的是提高學生的實踐能力，創新能力，課程設計教學是對這兩個重要能力進行鍛煉的有效環節。在教學過程中，需要根據學生的基礎，設計難易適中的設計題目，提供合適的實驗設備。我在教學過程中，對如何提高課程設計環節的教學效果，做了一些研究，首先可以分析出，在學習這門課之前，學生們學過數字信號處理，學過單片機，有數字信號處理及芯片的基本概念。但由于實際應用較少，對芯片及數字信號處理的知識大多處于理論階段。沒有較為深入的認識。學生的理論基礎并不是很扎實，同時動手能力和自學能力也不是很強。針對這一問題，我在題目選擇，課程設計方法及相關實驗設備上做了一些研究。

（1）題目選擇

課程設計的題目不能過于簡單，這樣達不到提高學生實踐能力，加深對課堂講授內容理解的目的，同時，設計題目也不能過于復雜，學生們對知識的理解和動手能力畢竟處于一個比較初級的階段，過于復雜，難度較大的題目，學生無法完成，也不利于動手能力的提高，同時打擊了學生們學習的積極性。設計的題目應該在難易程度上拉開距離，不同能力的學生可以根據自己的情況，設計完成相對應的題目，從而都得到適當的鍛煉。在教學環節中，我選擇了以下幾個題目：

a.FIR濾波器設計

這個設計題目的主要目的是：了解FIR濾波器的原理及使用方法，了解使用MATLAB語言設計FIR濾波器的方法，了解FIR濾波器的DSP設計及實現方法，熟悉FIR濾波器的調試方法。

其基本要求是：使用MATLAB設計出采樣頻率為1000HZ，截止頻率為300HZ的FIR低通濾波器；在CCS中編寫程序，實現濾波器；生成40HZ和480HZ的合成信號，通過設計好的濾波器，驗證濾波結果。

FIR濾波器是數字信號處理理論中的一個重要內容，通過該題目，學生學會如何使用DSP芯片設計完成規定參數的濾波器。

b.按鍵測試設計

設計題目的主要目的為：了解DSP中斷的編程方法；了解DSP試驗箱上按鍵中斷產生方法。了解DSP試驗箱上數碼管的顯示編程方法。

基本要求是：本設計是一個測試鍵盤的實驗，要求運行程序后依次按鍵1～8，數碼管依次顯示7～0，任意按一鍵，其對應的數碼管顯示相應的數字。

c.定時器綜合設計

設計題目的主要目的是：了解DSP的定時器定時原理及定時時間計算方法；了解數碼管顯示原理及編程方法；了解DSP中斷編程方法。設計題目的基本要求是：本設計是定時器定時及顯示實驗，通過編程，實現數碼管顯示時間的功能，時間顯示的精度是ms級。

d.數碼管測試實驗設計

設計題目的主要目的是：了解數碼管顯示原理及編程方法，了解DSP的I/O端口編程方法。

設計題目的基本要求是：本設計是數碼顯示實驗，通過編程，實現數碼管循環顯示功能，每個數碼管先依次顯示0，再依次顯示1，重復下去，直到依次顯示F后，重新依次顯示0。

e.液晶顯示實驗設計

設計題目的主要目的是：了解DSP的液晶屏顯示原理；了解DSP的I/O訪問方法；了解DSP試驗箱液晶屏顯示編程方法。

設計題目的基本要求是：本設計是液晶屏顯示測試程序，程序運行后，試驗箱上的液晶屏顯示連續變化的圖像。

f.YUV圖像處理之漢字疊加

設計題目的主要目的是：了解YUV圖像的數據格式；了解圖像中漢字疊加原理；了解CCS中載入圖像數據，觀看圖像的方法；了解CCS中圖像處理編程方法。

設計題目的基本要求是：根據圖像疊加漢字的原理，在CCS中編程實現在YUV圖像上疊加漢字；載入測試圖像；運行程序，測試程序的正確性。

以上是課程設計題目的一些例子，在這些題目里，有單純軟件上的設計，如YUV圖像處理之漢字疊加設計，這個題目能夠讓學生學會如何在CCS軟件上完成圖像處理的功能，即如何使用DSP芯片完成圖像處理的算法。有對硬件進行的設計，如按鍵測試設計、定時器綜合設計及數碼管測試實驗設計，這些設計題目可以使學生對如何使用設計工具CCS完成對硬件I/O口的控制和操作有深入的了解。有創新性的設計，如液晶顯示實驗設計，該設計題目使學生在掌握對DSP硬件I/O口操作同時，掌握液晶顯示屏顯示方法，通過設計如何顯示出自己需要的圖像，完成知識的學習，學生們也比較有興趣。在實際教學過程中，我發現課程設計環境是學生們學習興趣最大，鍛煉動手能力，學習掌握知識效果最好的環節。

（2）課程設計方法及設備研究

在教學過程中，我發現了一些針對課程設計環節存在的一些問題，由于設備的限制，目前我們使用實驗箱來完成課程設計的題目。實驗箱的優點是硬件的各個設備已經連接好，并且經過測試，運行穩定。但是同時，使用實驗箱進行課程設計也存在諸多的缺點。由于實驗箱的硬件連接已經固定，對于硬件設計知識的學習只能通過觀察研究實驗箱的連接完成，學生們不能自己動手重新設計硬件結構，進行硬件連接，因此，有關硬件設計的知識在課程設計過程不能得到有效的實踐。另外，由于硬件連接固定，因此，課程設計的內容只能限定在硬件設備在試驗箱上的題目，如果學生們想發揮自己的創造力，開發一些非經常使用的設備，那么就無法用試驗箱完成。針對在教學中發現的這些問題，我認為使用通用的開發板作為課程設計的實驗設備是更為合適的。

3.結語

數字信號處理應用技術這門課是一門應用性很強的專業課，在本門課程課程設計環節，我通過對設計題目選擇，課程設計方法及相關設備的思考和研究，提出了一些教學上的改革意見，目的是通過這些改變，提高本門課程的教學效果，使學生們在課程設計階段學到知識，提高能力，更好的為將來的工作做準備。

[1]張雄偉，曹鐵勇，陳亮，楊吉斌等.DSP芯片的原理與開發應用（第四版）.北京：電子工業出版社.2009.3

[2]高海林，錢滿義.DSP技術及其應用.北京：清華大學出版社.北京交通大學出版社.2009.7

[3]TMS320C54x DSKplus User’s Guide.Texas Instruments.

[4]TMS320C54x Code Composer Studio Tutorial.Texas Instruments.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.148

數字信號處理應用技術課程設計;DSP芯片;教學研究;實驗箱;開發板