电气类专业DSP原理及应用教学模式的建设:电气原理图

电气类专业DSP原理及应用教学模式的建设

随着社会对DSP人才需求的增加，学生 对掌握DSP技术有着越来越浓厚的兴趣，使得很多高校在电 气信息类专业及相关专业中开设了DSP原理及应用课程。

DSP原理及应用课程涵盖的知识面较宽，以数字电路、 微机原理、数字信号处理以及单片机原理及应用等课程为基 础，所以大部分高校在大四开设本门课程。开设DSP原理及 应用课程的目的是重点培养学生具备利用通用可编程数字 信号处理器芯片完成数字信号处理硬件系统设计和软件编 程的能力。从课程体系结构看，DSP原理及应用课程由理论 教学和实验教学两部分组成。教学内容较之单片机系统明显 增多，包括DSP芯片的结构、DSP指令、DSP程序设计、DSP程 序开发工具与调试工具、DSP系统设计等。因此，要求学生 不但熟悉DSP的硬件结构、指令系统和开发平台，而且要学 会使用汇编语言、C语言、DSP代码生成与调试等相关工具。

由于DSP是一门综合性很强的课程，侧重应用原理的掌握与 应用，以培养学生对DSP的实际应用能力，这些因素决定了课程本身更强调实践环节，需要综合考虑学生的专业知识背 景，选择合适的DSP芯片，为学生制定合理的设计计划和任 务，促进学生对本门课程的理解和掌握，在提高学习兴趣的 同时能够使其真正学有所获。

1 理论教学现状和探索 1.1 理论教学方法 DSP芯片种类多、更新换代快，而且厂商众多，不同厂 商开发的DSP芯片在软硬件上的差异很大，因此，各学校DSP 原理及应用课程由于专业不同、定位不同，选用的DSP芯片 类型也不相同。作为一所应用型本科高校，目前我校开设DSP 原理及应用课程的专业为电气工程及其自动化。本专业侧重 电气传动，培养目标是具有实践经验的一线电气工程师，因 此，为了提高电气类专业学生对本门课程的理解以及学生的 实践应用能力，我们选择美国TI公司C2000系列 TMS320LF240x的DSP芯片作为学习芯片，学习DSP相关理论知 识。

1.2 理论教学模式探索 该课程包括实验在内共32学时，要在有限学时内高质量 地完成DSP课程的大量教学及实验内容，保证学生基本掌握 DSP的基本特点并能运用DSP芯片进行一些系统设计，对教师 和学生确实具有很大挑战。通过近几年的教学调研发现，学 生普遍反映DSP原理及应用课程知识点太多，课堂上对很多 内容尤其是指令系统部分，难以理解，甚至学习结束后，对部分内容仍然理解不透。因此，这两年我校着手对本门课程 进行教学改革。

在学时不变的情况下，重新选择授课内容，注重内容的 精选和分块。提炼教学内容，实现授课内容的“少而精”， 以提高课堂效率；
课程教学遵循以讲授基本概念、掌握基本 技能为主，兼顾内容全面性和系统性的原则。综合多本关于 TMS320LF240x DSP的教材，我们确定了DSP原理及应用的主 要授课内容。硬件部分：中央处理器、总线结构、存储器、 片内外设；
软件部分：集成开发环境的使用、DSP的指令系 统、程序结构。为了让学生更好地掌握DSP芯片，从系统的 角度理解并掌握DSP芯片的应用，我们增加了DSP的C语言以 及程序设计和DSP软硬件应用两部分内容。同时，2013年我 校将DSP原理及应用理论教学课时增加至40学时，以保证较 为充分的授课时间，教学内容安排见表1。

在教学方法上，一部分内容继续采用多媒体教学的方式， 教学过程中除采用直接描述法、对比法、类比法以及通过日 常生活中熟悉的实例进行举例说明之外，将TMS320LF240x应 用程序开发过程、C语言程序设计和DSP芯片的软硬件应用的 授课地点改在实验室。教师在实验室教学时，可以通过实际 操作、演示，增加理论教学的直观性。同时，学生也可以随 时自行操作，修改部分代码，增加对DSP芯片亲近感的同时 增强对本门课程的深层次理解。

2 实验教学现状与探索该课程配套的教学实验设备是ICETEK-LF2407-USB-EDU 教学实验箱。该实验箱主要由DSP主板、电源模块、音频A/D、 D/A模块、CPLD模块、外扩RAM模块、单片机模块、人机接口 模块、串口收发接口模块等组成，在控制领域有很强的实用 性。

2.1 传统实验教学环节 ICETEK-LF2407-USB-EDU教学实验箱提供了DSP原理 及应用课程的配套实验指导书。共设计了9个实验，包括验 证性实验、综合性实验和设计性实验，实验目的和要求明确， 实验内容具体并有很强的灵活性，有利于发挥学生的主观能 动性。目前，由于课时的限制，分配在实验环节的课时仅为 6学时，仅能做3个实验。同时，因为理论教学课时少，不能 系统地对本门课程进行教学，所以实验过程中，学生只能进 行简单的验证性实验，要求能够打开编译环境中已有的实验 项目，学会编译和下载程序，观察实验结果，对实验代码进 行简单的修改。很多学生做完实验后，对DSP编程和开发环 境所知甚少，实验效果不理想。

2.2 实验教学环节的探索 DSP原理及应用课程的实验教学环节，基本上设置为三 层次的实验类型：验证性实验、综合实验和创新性实验[2]， 每种实验的实验过程是：设置任务要求，学生自行设计解决 方案。对于验证性实验，如DSP的基本特点、CCS环境的熟悉 和DSP数据存取实验等，主要培养学生的学习兴趣和对芯片的初步了解；
综合性实验和创新性实验由指导教师设置任务 要求，在关键环节提供指导，主要由学生独立完成既定的实 验任务。编程语言中，汇编程序的效率高，但它为底层设计， 编程相对复杂；
而C/C++更易被学生所接受，在软件系统设 计中使用的较多，很多时候采用混合编程的方式[3]。

我校DSP原理及应用的实验教学，在原来验证性实验的 基础上，增加了综合实验环节。利用电气实验室现有的实验 条件，结合学生学习的其他知识，如PLC技术、C语言、变频 调速技术等，设计三相电机的驱动系统。利用TMS320LF2407 DSP事件管理器模块产生的PWM波，并利用理论教学过程中增 加的C语言编程或者利用汇编语言和C语言混合编程的方式， 控制三相电机的启动、停止、转速以及转向等。对DSP原理 及应用进行系统性的应用，大大激发了学生学习本门课程的 兴趣，同时，也提高了他们对DSP芯片的应用能力。

3 对DSP教学模式的进一步探索 我校对DSP原理及应用教学模式的探索和改革还在继续， 对于下一步教学模式的改革，集中在三方面：
3.1 芯片升级换代 随着科技发展速度加快，产品的更新换代速度也越来越 快，旧型号芯片不断被淘汰，新型号芯片层出不穷，DSP原 理与应用课程的内容也需及时更新。我校电气工程类专业采 用的是TMS320LF2407 DSP芯片，此款芯片不再被提倡应用在 新的设计中，目前替代产品为TMS320F2808。TMS320F2808是美国TI公司C2000平台上的32位定点芯片，具有低成本低功 耗和高性能处理的特点，外设功能增强且具有价格优势。改 变芯片，意味着授课教材、实验设备以及配套实验等一系列 的改变。

3.2 采用双语教学方式 DSP配套的说明书以及典型应用案例都是英文资料，很 多教材也由英文资料翻译而来，译者在翻译过程中掺杂了自 己对DSP芯片的理解，难免有模棱两可的地方。因此，建议 DSP原理及应用的授课课件采用英语作为描述语言[4]。另外， 本科教学过程中，专门设有专业英语课程，以提高本科生对 英文文献的阅读和理解能力。DSP原理及应用的授课采用英 语课件，可以实践专业英语的所学内容，让学生更好地理解 DSP知识的同时，提高对科技英语的阅读和理解能力。当然， 因为本科生英语水平参差不齐，重在传授DSP知识的前提下， 在课件制作中尽可能采用原文的句子，在不影响句意准确表 达的前提下，尽量用简单的语句表达方式，以降低英语课件 的理解难度。

3.3 以实际案例组织教学内容，与科研相结合 我校涉及数字信号处理及DSP芯片的科研工作很多，但 是目前处于教学和科研分离的状态，没有通过科研工作进一 步推动教学的发展。如果能将有关科研工作引入到教学中， 作为案例进行学习，或者让学生参与到科研活动中，将非常 有助于提高学生学习DSP原理及应用的兴趣和积极性，促进本门课程的学习。

4 结束语 完成DSP原理及应用课程的教学任务，使学生掌握DSP的 关键技术并具备一定的应用能力是每一位DSP课程教师面临 的挑战。随着信息技术的发展，DSP技术应用领域越来越广， 如何教好本门课程以及学生如何学好本门课程则成为必须 解决的问题。我校对DSP原理及应用教学模式的探讨和改革， 希望能为其他高校提供借鉴。

参考文献 [1] 秦永左.TMS320LF240xDSP原理及应用[M].北京：清 华大学出版社，2009. [2] 尹维春.面向电气类专业的DSP实验教学的探讨[J]. 科技致富向导，2013（24）：137. [3] 徐杰，秦士涛.基于DSP学习的多角度交叉式的研究 与实践[J].边疆经济与文化，2013（6）：92-93. [4] 周亚丽.DSP原理及应用课程教学方案探索[J].科技 信息，2010（29）：438-439. [5] 刘莹，李娜，冯暖.DSP教学改革的研究[J].黑龙江 科技信息，2012（28）：258. [6] 侯海良，成运，陈洁.《DSP原理及应用》开放式教 学初探[J].电脑知识与技术，2011（14）：164-165，174.