DSP教學方法研究

摘 要 本文針對DSP（digital signal processor，數字信號處理器）教學的特點提出了對DSP教學方法的探討，即實踐和課堂并行推進。將DSP教學過程分為課堂教學、軟件仿真實驗、硬件仿真實驗、科研體驗幾個環節，突出DSP教學的實踐性特點。

關鍵詞 DSP 實踐 仿真

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

0 引言

隨著通信和控制技術的發展，DSP作為重要的數字信號處理和控制的器件，其應用領域越來與廣泛，DSP原理與應用是電子類高等本科教育的重要專業課程，①②是一門實踐性很強的課程，該課程教學目的就是讓本科生掌握一定的DSP應用技能，對于促進學生的就業有良好的前景，也可為學生將來的科學研究工作打下基礎。③從多年的經驗來看，學生普遍反映課程難度大、繁瑣、枯燥、難以應用到具體工程實踐中，其主要原因是不熟悉芯片本身及外圍器件的功能和特點，實踐機會少。在教學中，作者嘗試將課堂教學和DSP實踐并行推進，并取得了良好的效果。

1 DSP課程的特點及總體教學思路

DSP原理與應用是一門面向應用的課程，學習DSP原理的目的就是為了實踐和應用DSP器件解決實際問題，復雜的編程語句和枯燥的器件功能介紹，使得大多數學生覺得學習起來很困難，老師普遍覺得教學難度大，教學內容單調，學生覺得空洞復雜、不容易接受。雖然DSP教學中的很多知識點都可以在實踐中摸索并加深理解，但是傳統的粉筆加黑板的教學模式，使得很多DSP應用方面的體會和技巧無法傳授給學生。

DSP作為一種有別于微型計算機、單片機的高性能數字信號處理器，有著獨特的特點：難度更大，內部結構更復雜，更強大的專用功能。為了讓學生能夠學好，更重要的是能夠運用這個器件，教學改革和研究勢在必行。

作者提出DSP教學的核心思想為“課堂學習和應用實驗同步推進教學”，實驗和課堂同步推進，在實踐中學習，在學習中實踐。DSP的教學內容比較復雜，知識跨度大，且強調實踐和動手能力的培養。將課堂和實驗同步推進，是一個有益的嘗試，讓教學引導實驗，實驗推動教學必將是DSP教學的發展趨勢。

在講述基本的知識點之后，引入基本實驗和設計性實驗?；緦嶒灥哪康氖鞘箤W生掌握基本的應用和操作，設計性實驗的目的是靈活應用和拔高，強調發揮學生的主觀能動性。教師針對學生的設計性實驗做出指導，并對比各種不同設計的優缺點和差異，在課堂上有針對性地進行講解。

在實驗之后的課堂教學中，教師總結實驗和設計的經驗教訓，以此引導教學，提倡教與學的交流和互動，學校應該為學生創造實驗和實踐的條件。

圖1 DSP教學環節

DSP教學主要環節如圖1所示，課堂教學之后，布置設計性習題，教師根據設計性習題的批改，進行答疑反饋，更正學生在DSP應用設計中的不足之處。課堂教學之后，由學生自己進行軟件仿真實驗，主要訓練學生的DSP編程技能，之后在實驗室中進行硬件仿真實驗，驗證DSP程序在芯片上運行的性能和實時性。有條件的學校，應提供本科生參與DSP科研項目的機會，在科研試驗中得到更深層次的應用體驗。這一系列環節最終的目標是促成DSP應用技能的形成。

2 課堂教學

課堂教學是DSP學習的基本步驟，通過課堂教學將DSP的應用現狀和前景介紹給同學們，增強學生對學習DSP的興趣，引導學生的學習，減少他們自己摸索的過程和時間。課堂教學不應拘泥于粉筆、黑板和多媒體課件，應通過反饋、交流、討論等多種方式，增加DSP學習的互動性。在每一章節課程教學完成之后，都應安排一定量的設計性習題，通過學生習題的反饋，教師掌握教學的不足，并為下一次教學準備側重點，對于多次、反復出現的問題，可在課堂上進行集中的解答。

3 軟件仿真實驗

軟件仿真是非常適合于DSP學習的一種實踐方式，它不需目標硬件支持，只需在計算機上運行，是一種模擬DSP芯片各種功能并在非實時條件下進行軟件調試的調試工具。學生可以在宿舍或者實驗室的計算機上運行Simulator，進行DSP算法設計、匯編語言設計、高級語言設計、匯編偽指令編寫等訓練，驗證算法和軟件功能的正確性。軟件仿真應用方便，不需要借助硬件支持，對于DSP的學習和應用非常有益。學生完全可以在每節課后自己進行編程訓練，對課堂教學的例程進行驗證，從而方便進行課堂教學的反饋。

4 硬件仿真實驗

硬件仿真能夠完成軟件仿真的所有功能，且程序運行于真實的DSP器件，能夠驗證算法、程序的實時性，但進行硬件仿真需要DSP硬件目標板的支持，所以只能在實驗室條件下進行。學生在完成軟件仿真的基礎上，應安排足夠的學時，進入實驗室，通過運行Emulator進行硬件仿真和實時性評估。硬件仿真是DSP學習不可缺少的階段，DSP軟件設計是否滿足實時性要求，只能在硬件仿真上進行驗證，此外，只有DSP硬件系統才能提供豐富的片上資源和IO接口，通過IO接口才能對真實的信號進行輸入和處理。學生只有通過硬件仿真在DSP試驗箱上進行一系列的應用實驗，才能真正學習和掌握DSP的應用技能。

5 科研體驗

通過軟件仿真和硬件仿真，學生已經基本掌握了DSP應用的初步知識和技能，但距離掌握DSP的工程應用尚有一定距離，一系列DSP應用的技巧、心得只有在自身的實踐中才能有所體會和掌握。學校應盡可能地提供條件，讓有學習余力的本科生參與DSP相關的科研實踐。DSP課程一般在本科高年級開設，學生已經具備較好的基礎，可以從事相關的科研工作，導師可遴選其中學有余力且有足夠興趣的同學，進入實驗室及研究團隊，和研究生一起進行DSP的科研實踐，一方面，可以保持研究隊伍的連續性；一方面可以給本科生提供寶貴的研究機會。通過做項目、科研，參與DSP的工程應用，通過和研究團隊成員及導師的交流以及不斷的實驗，獲得更深的DSP應用體驗，這種學習的效果遠遠超過課堂教學。

6 結束語

DSP學習的核心在于其實踐性學習，課堂學習和應用實驗應同步推進，在課堂教學完成的基礎上，根據各個學校的特點，應首先要求學生進行軟件仿真和硬件仿真實驗，學習DSP試驗箱上的各種例程和應用。有條件的學校，應給部分學有余力的本科生提供DSP科研實踐的機會，通過和研究團隊的交流學習，深層次地掌握DSP應用的技能，為今后走向工作崗位打下堅實的基礎。

注釋

① 劉艷萍.DSP技術原理及應用教程[M].北京航空航天大學出版社，2008.

② 冬雷.DSP原理及電機控制系統應用[M].北京航空航天大學出版社，2007.

③ 俞一彪，孫兵，曹洪龍，邵雷.電子信息類本科DSP教學實踐與探索[J].理工高教研究，2006.25(4):111-112.