《DSP器件及應用》課程教學改革與實踐

劉渭清等

【摘 要】DSP器件及應用是一門理論性、實踐性、綜合性都非常強的課程。根據多年的教學實踐，探討了DSP技術課程教學中存在的一些問題，并從教師素質的提高，教學方法的改進，課外實踐活動的實施及電子競賽的舉辦等方面進行了教學改革。實踐表明，這些措施培養了學生的創新能力，保證了學生DSP知識的完備性，增強了學生的就業自信心。

【關鍵詞】DSP技術；教學改革；倒序教學法；實踐教學

Reform and practice on teching method of DSP principle and application curriculum

LIU Wei-qing WEI-Kun ZHANG Xin-yu YU Qiu-ju

（Electronic Engineering department， Xian University of Arts and Science， Xian Shaanxi 710065， China）

【Abstract】The DSP device and application is a theoretical， practical， and comprehensive course. According to teaching accumulation for many years， discusses the problems existing in the teaching. Teaching reforms have been carried out from the improvement of teachers quality， the improvement of teaching methods， the implementation of practical activities to electronic contests held. Practices show that these measures improve the innovation ability of students， and enhance the employment confidence of students.

【Key words】DSP technology； Teaching reforms； Reversal teaching method；practical teaching.

DSP技術是指利用計算機、微處理器或專用處理設備，以數字形式對信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理技術[1-3]。DSP（Digital Signal Processor）是數字信號處理器的英文簡稱，它的出現是數字信號處理理論和大規模集成電路技術發展的必然結果，其目前已經成為數字信號處理算法實現的主要工具。在“數字化”浪潮席卷全球的今天，DSP芯片的應用已不再局限于某些特定的領域，而是遍及人們生活的方方面面[4-5]。培養高素質的DSP專業人員，以適應社會不斷增長的需求是各高校面臨的一項艱巨任務。因此，研究和探索《DSP器件及應用》課程的教學方法、教學案例具有重要意義。

當前，全國大部分高校的電子信息工程專業及相近專業都開設了《DSP器件及應用》（以下簡稱為DSP技術）課程，但涉及DSP課程教學方法、教學案例的論文并不多。在此，結合我院DSP課程教學的實際情況，介紹了新建本科院校在DSP課程教學方面一些有益的探索和實踐，以期達到拋磚引玉的作用。

1 DSP技術課程的特點及教學回顧

在DSP領域，TI（Texas Instruments）公司的TMS320系列DSP約占市場份額的70-80%，是當今世界上最有影響力的DSP芯片[6]。TMS320系列DSP芯片不僅具有高速運算和海量信息處理能力，而且具有低功耗、高性價比等特點，其中TMS320C5000 DSP平臺適用于個人和便攜式產品的開發和應用。根據我院電子工程專業的發展方向——移動通信——選擇TMS320C5000系列DSP作為講授和應用對象。

西安文理學院是由教育部批準的新建應用型本科院校，相較其它本科院校而言，師資力量相對薄弱，生源素質相對較低，這也是一大批新建本科院校在教學上所面對的一個客觀現實。我院于2007年面向電子工程專業本科生開設了DSP技術課程。課程由理論教學和實驗教學兩部分組成。其中理論教學32學時，主要講授DSP內部結構，尋址方式；片內外設的工作原理；指令系統、匯編語言與C語言程序開發等。實驗教學8課時，用于指導學生在實驗箱上進行DSP編程練習。在教學過程中，通過教師間的不斷總結與討論，及與學生的交流，逐漸發現該課程的一些特點及教學中存在的一些問題：

1）課程綜合性強。DSP技術課程是以多種學科為理論基礎，所牽扯的范圍十分廣泛。課程涉及到微機原理、計算機組成原理、信號處理、數字電路、匯編語言、C語言及各種軟件開發工具的使用等。由此可以看出，該課程對教師的要求較高。在教師不具備較完整知識體系的情況下，教學往往流于形式，表現為教學內容的膚淺化和表面化。最終導致教學失敗。

2）課程難度大。隨著高校招生規模的擴大，新建本科院校的生源質量稍遜于其他本科院校。而DSP課程涉及的知識面廣、綜合性強，這就決定了學生在學習這門課時起點要求比較高[7]。學生不僅要了解和掌握數字信號處理的基礎知識，還要具備一定的硬件和軟件設計基礎。這給學生的學習帶來了一定的困難。

3）教材與教學相分離。國內各高校使用的DSP課程教材，基本上是TI公司芯片資料的翻譯版本。教材編排沿用了芯片資料本身的順序，即先“DSP芯片的內部結構原理和尋址方式”；其次是“指令系統”；最后是“COFF格式匯編語言及C語言程序開發”。從芯片介紹的角度看，這種編排方式是自然合理的；然而從教學的角度看，則使教學過程枯燥和缺乏感性認識，進而造成學生的厭學情緒，最終導致教學失敗。

4）實驗教學的缺陷。為了滿足實驗教學需要，學院相繼購買了各系列的DSP開發實驗平臺，這些平臺為學生掌握CCS集成開發環境及軟件編程發揮了巨大的作用。然而，由于與DSP相連的硬件電路已封裝完畢，難以培養學生DSP硬件系統的設計能力。另外，DSP硬件設計費用較高，學生也難以承受。這些因素限制了學生對DSP硬件系統設計的學習，造成了學生知識的不完備。

2 DSP課程教學改革與實踐

教學體系和課程內容改革是教學改革的核心，改革的目標是培養出符合社會需求，服務于地方經濟的DSP專業人才。通過對DSP教學中存在問題的分析和討論，我院于2010年有針對性地提出了DSP課程改革的具體措施。

2.1 DSP技術是一門理論性、實踐性、應用性都很強的課程。在教學過程中要求教師不僅要具有較強的軟件設計基礎，同時還要具備較強的硬件設計能力。針對此特點，學院選派相關專業教師赴公司、研究機構進行培訓，參與DSP項目的研發工作，極大地提高了教師的業務水平；其次，在教研室層面上對教案進行反復討論和修訂，合理選擇教學內容，突出教學重點。在教學中做到：絕不空洞地講DSP的結構原理，而是與指令相結合，且利用多媒體演示其執行過程；講指令系統時只選擇常用指令做介紹，滿足于簡單編程需要即可；講COFF文件結構時，一定先用實例說明，再做總結、抽象。這樣，從教師層面上保證了教學質量。

2.2 鑒于DSP技術課程教材與教學相分離的情況，提出了“倒序”授課法的新思路。利用學生已經掌握C語言的優勢，首先講授DSP芯片的C語言編程。學生在DSP平臺上利用C語言編寫幾個簡單的DSP程序并運行，掌握DSP軟件開發的基本步驟。通過觀察實驗結果，對DSP芯片有了一個直觀的感性認識，培養和激發了學生的學習興趣。然后講解COFF匯編語言文件格式及編程要點。學生在實驗平臺上用匯編語言重新編寫上述程序。通過比較兩種編程方法，學生能夠更深入地領會匯編語言和C語言的異同。最后，講解DSP的內部結構原理。此時可結合相關的匯編指令及程序講解DSP內部各部件的工作方式，使學生了解硬件是如何執行指令的。這樣達到事半功倍的目的。

2.3 DSP技術是一門實踐性很強的課程，為使學生理解并掌握課堂上的教學內容，培養學生的動手能力和創新能力，實驗環節必不可少[8]。但受困于專業的整體教學安排，實驗課時相對較少。因此，在實驗課上只能安排驗證性實驗——掌握DSP軟件開發的一般流程——難以培養學生的硬件系統設計能力。針對此問題，我們提出了DSP第二課堂的教學模式，其主要特點是：①對DSP課程有濃厚興趣的學生可自愿報名參加第二課堂；②將學生分成5-6人一組，分工協作設計電路并制版調試，費用由小組成員均攤；③教研室為每組指派一名專業教師，該教師負責提供設計題目及解決設計中遇到的技術問題；④學院給予指導教師一定的工作量。這樣同時調動了教師和學生的積極性，為學生全面掌握DSP軟硬件設計技術鋪平了道路。此外，我們鼓勵有能力的學生積極參加各種電子設計大賽，獲得外部相應的資金支持，進一步提高設計水平，為以后走上工作崗位打下扎實的基礎。

3 總結

通過對DSP課程的教學改革與實踐，極大地提高了學生學習的積極性和主動性。學生多次在電子設計大賽中獲得獎項，表現出了較強的動手能力和創新思維能力。另外，基于知識的完備性和技術水平的提高，消除了新建本科院校中一些學生存在的自卑心理，使他們能夠健康茁壯地成長。同時，我們也清醒地認識到嵌入式系統設計技術本身也在快速發展之中——新方法，新技術不斷涌現。這促使我們必須與時俱進，緊跟科技前沿，始終保證課堂教學與科技發展相適應，培養出具有創新型的專業人才。

【參考文獻】

[1]彭啟琮，李玉柏，管慶.DSP技術的發展與應用[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]胡劍凌，徐盛. 數字信號處理系統的應用和設計[M].上海：上海交通大學出版社，2003.

[3]汪安民，陳明欣，朱明. TMS320C54xx DSP實用技術[M].北京：清華大學出版社，2007.

[4]范壽康. DSP技術與DSP芯片[M]. 北京：電子工業出版社，2007.

[5]尹勇，歐光軍. DSP集成開發環境CCS開發指南[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2003.

[6]王燕，姚惠林.DSP原理與應用教學方法研究與探索[J].中國電力教育，2011，201（14）：82-83.

[7]黃杰，鐘明輝. 《DSP原理及應用》課程教學改革探討[J].中國西部科技，2011， 10（24）：87-88.

[8]謝海霞，孫志雄. DSP技術課程教學方法研究與實踐[J].電子設計工程，2012， 20（8）：10-11.

[責任編輯：曹明明]