面向電力專業的“DSP技術及應用”課程教學改革探索

摘要：“DSP技術及應用”是一門綜合性和工程性很強的應用型課程，傳統的以講授為主的教學方法和筆試的考核方法不利于學生的學習和知識的掌握。從教學內容和教學方法兩方面探討了“DSP技術及應用”課程的教學改革模式，著重增加實踐教學內容，激發學生興趣，有助于培養學生工程實踐能力，實現課程的教學要求。

關鍵詞：教學內容；實踐能力；教學改革

中圖分類號：G642.421 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）30-0045-02

DSP通常理解為Digital Signal Processing或Digital Signal Processor，如果理解為數字信號處理，則強調對數字信息的提取與運算，偏重于理論算法；如果指數字信號處理器，多強調硬件功能開發與使用。“DSP”技術指的是通過應用數字信號處理器，完成數字信號處理的方法與技術。所以“DSP技術及應用”是一門應用性和工程性很強的課程，也是電子信息工程、電氣工程及自動化、應用電子技術教育等專業，本科生所必須掌握的一門理論和實際密切結合的課程。

上海電力學院電氣工程學院面向電力電子與電力傳動專業碩士研究生開設“DSP 技術及應用”課程。為了充分體現我校的電力特色人才培養理念，緊密結合電力電子與電力傳動專業研究生培養方案中指定的研究方向，即電能質量、可再生能源利用技術、新型電能變換技術、電力傳動系統及高壓變頻技術，重點培養學生的DSP應用開發能力與解決問題能力。以TI公司的TMSF320281系列的DSP芯片為例，使學生掌握DSP的基本硬件結構及各部件的工作原理；借助于書本例程分析電力電子系統的程序設計方法，掌握DSP 的開發流程。

但是，DSP 技術作為一門新興的技術，具有DSP芯片種類繁多、軟件編程復雜不統一、教學過程容易重理論輕實踐等問題。針對這些問題，急需在教學實踐中的深入探索，在教學要點、教學方法上進行重點改革，以適應電力特色的教學要求。

一、課程教學內容體系建設

針對DSP技術在無功補償系統中的應用，控制系統由I/O、A/D采樣、PWM發生和通訊等環節組成，在有限的課時內有針對性的優化教學內容，緊抓課程重點，由簡而入，破解學生的畏難情緒，從而使學生快速掌握DSP的編程方法。

根據典型無功補償系統，DSP的重點內容應集中在以下幾個知識點：

1.存儲器映射結構

DSP內到底有那些存儲器（ram，rom，flash，etc），這些存儲器到底是如何分配的，cmd文件如何編寫，如何定義存儲器映射和輸入輸出段的位置，這對了解DSP的內部結構至關重要；

2.DSP時鐘和系統控制

了解DSP的外部晶振輸入，內部如何設置鎖相環為DSP的CPU提供時鐘信號，SCI、EV、ADC等片內外設的時鐘分別應如何合理設置，從而了解DSP的時鐘機制。由于系統時鐘與PWM的頻率、死區的大小等密切相關，掌握系統時鐘設計方法才能正確設計定時器周期值從而為后續的程序調試奠定理論基礎。

3.2812中斷系統

2812的CPU能夠支持一個不可屏蔽中斷NMI和16個可屏蔽的中斷INT1-INT14、RTOSINT和DLOGINT，2812的CPU為了能夠及時有效的處理好各個外設的中斷請求，設計了一個專門處理外設中斷的擴展模塊（the Peripheral Interrupt Expansion block），叫做外設中斷控制器PIE，它能夠對各種中斷請求源做出判斷以及相應的決策。2812的中斷是3級中斷機制，分別是外設級，PIE級以及CPU級。PIE級的中斷和外設級的中斷相比較，外設中斷的中斷標志位是需要手工清除的，而PIE級的中斷標志位都是自動置位或者清除的，同時PIE多了一個PIEACK寄存器，同一時間只能放一個同組中斷進入CPU，CPU級的操作都是自動的，不管是中斷標志位（IFR），還是中斷的使能位（IER）。

4.I/O、A/D、事件管理器重要寄存器設置

電力電子系統中I/O經常用來檢測開關狀態或控制斷路器，A/D功能用來檢測系統電壓電流等信號，DSP利用外部電壓電流信號經過運算產生占空比，再經過事件管理器控制觸發脈沖，所以，這些功能的重要寄存器設置必須掌握。

其中，A/D轉換是連接現實系統與微處理器的橋梁，如何利用內置A/D采集外部的模擬信號，讓學生建立對DSP的感性認識尤為重要。2812內部A/D轉換器只有一個，16個采樣通道需進行排序依次送入A/D轉換器進行轉換。排序的方法通過自動排序器完成，自動排序器可設置為雙排序和級聯排序方式，由AdcRegs.ADCTRL1.bit.SEQ_CASC設置；自動排序的連續模式又可分為順序采樣和并發采樣，由AdcRegs.ADCTRL3.bit.SMODE_SEL設置，其中順序采樣必須對16個通道的每一個通道都要進行排序，而并發采樣可同時采樣兩路ADCIN輸入，這兩路輸入分別取自ADCINA0～ ADCINA7和ADCINB0～ ADCINB7。

二、實踐環節的教學改革

面對復雜的知識體系，電力專業的碩士研究生應懂得這些知識如何在實際系統中應用，結合實際應用，更有助于學生掌握“DSP技術及應用”的教學內容，使學生初步掌握DSP的開發過程。

以如圖所示的靜止無功補償系統為例：

傳統無功補償系統需要先檢測負荷中無功功率量或根據電壓穩定需求給出無功功率控制量，再控制STATCOM發出無功功率實現補償。電壓電流的檢測需用DSP內部A/D實現；STATCOM投入運行時，首先經過防浪涌電路使STATCOM不控整流緩慢對直流電容充電，穩定后閉合斷路器切掉交流側電阻，這個過程需要利用DSP檢測并控制開關量。采樣后經過控制算法生成調制信號，經事件管理器產生PWM驅動開關器件。事件管理器定時器計數方式的不同可產生不同的載波信號，同時定時器的中斷可啟動A/D轉換。

結合STATCOM實際應用實驗指導書除了包含CCS的操作、程序的調試、中斷、外設等內容。應突出時鐘控制系統、I/O、A/D采樣、事件管理器控制等主要內容，增加紅燈閃爍控制、電壓采集實驗、5KHz的SPWM脈沖發生實驗、3.2us死區發生實驗，同時每個實驗后實驗報告應包含各種定時器值得計算過程，使學生牢固掌握增DSP相關內容。加強實踐環節：在本課程中實驗課程約占總學時的31%，其中綜合設計性的內容占70%以上，實驗內容基本覆蓋了理論課的授課內容。在安排上也圍繞課程主線進行，使理論課和實驗課成為有機的整體，其目的要求如表1所示。

三、課程考核方式改革

考試形式由原來的大作業轉變為實驗報告加閉卷綜合考核方式：實驗報告考核典型實驗的動手能力、程序調試軟件的使用能力和問題的分析能力，要求實驗報告附實驗波形圖、編程思想和心得體會；閉卷考試，考試內容為DSP的內部存儲結構、時鐘系統、重要寄存器的設計方法和小程序的功能認識等；為了加強實踐能力的鍛煉，實驗報告占綜合成績的60%，閉卷考試占40%。

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（責任編輯：劉翠枝）