《DSP器件及應(yīng)用》課程教學(xué)改革與實(shí)踐

劉渭清等

【摘 要】DSP器件及應(yīng)用是一門(mén)理論性、實(shí)踐性、綜合性都非常強(qiáng)的課程。根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐，探討了DSP技術(shù)課程教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，并從教師素質(zhì)的提高，教學(xué)方法的改進(jìn)，課外實(shí)踐活動(dòng)的實(shí)施及電子競(jìng)賽的舉辦等方面進(jìn)行了教學(xué)改革。實(shí)踐表明，這些措施培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，保證了學(xué)生DSP知識(shí)的完備性，增強(qiáng)了學(xué)生的就業(yè)自信心。

【關(guān)鍵詞】DSP技術(shù)；教學(xué)改革；倒序教學(xué)法；實(shí)踐教學(xué)

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(shù)是指利用計(jì)算機(jī)、微處理器或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理技術(shù)[1-3]。DSP（Digital Signal Processor）是數(shù)字信號(hào)處理器的英文簡(jiǎn)稱，它的出現(xiàn)是數(shù)字信號(hào)處理理論和大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，其目前已經(jīng)成為數(shù)字信號(hào)處理算法實(shí)現(xiàn)的主要工具。在“數(shù)字化”浪潮席卷全球的今天，DSP芯片的應(yīng)用已不再局限于某些特定的領(lǐng)域，而是遍及人們生活的方方面面[4-5]。培養(yǎng)高素質(zhì)的DSP專業(yè)人員，以適應(yīng)社會(huì)不斷增長(zhǎng)的需求是各高校面臨的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。因此，研究和探索《DSP器件及應(yīng)用》課程的教學(xué)方法、教學(xué)案例具有重要意義。

當(dāng)前，全國(guó)大部分高校的電子信息工程專業(yè)及相近專業(yè)都開(kāi)設(shè)了《DSP器件及應(yīng)用》（以下簡(jiǎn)稱為DSP技術(shù)）課程，但涉及DSP課程教學(xué)方法、教學(xué)案例的論文并不多。在此，結(jié)合我院DSP課程教學(xué)的實(shí)際情況，介紹了新建本科院校在DSP課程教學(xué)方面一些有益的探索和實(shí)踐，以期達(dá)到拋磚引玉的作用。

1 DSP技術(shù)課程的特點(diǎn)及教學(xué)回顧

在DSP領(lǐng)域，TI（Texas Instruments）公司的TMS320系列DSP約占市場(chǎng)份額的70-80%，是當(dāng)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(yùn)算和海量信息處理能力，而且具有低功耗、高性價(jià)比等特點(diǎn)，其中TMS320C5000 DSP平臺(tái)適用于個(gè)人和便攜式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。根據(jù)我院電子工程專業(yè)的發(fā)展方向——移動(dòng)通信——選擇TMS320C5000系列DSP作為講授和應(yīng)用對(duì)象。

西安文理學(xué)院是由教育部批準(zhǔn)的新建應(yīng)用型本科院校，相較其它本科院校而言，師資力量相對(duì)薄弱，生源素質(zhì)相對(duì)較低，這也是一大批新建本科院校在教學(xué)上所面對(duì)的一個(gè)客觀現(xiàn)實(shí)。我院于2007年面向電子工程專業(yè)本科生開(kāi)設(shè)了DSP技術(shù)課程。課程由理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分組成。其中理論教學(xué)32學(xué)時(shí)，主要講授DSP內(nèi)部結(jié)構(gòu)，尋址方式；片內(nèi)外設(shè)的工作原理；指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言與C語(yǔ)言程序開(kāi)發(fā)等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)8課時(shí)，用于指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行DSP編程練習(xí)。在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)教師間的不斷總結(jié)與討論，及與學(xué)生的交流，逐漸發(fā)現(xiàn)該課程的一些特點(diǎn)及教學(xué)中存在的一些問(wèn)題：

1）課程綜合性強(qiáng)。DSP技術(shù)課程是以多種學(xué)科為理論基礎(chǔ)，所牽扯的范圍十分廣泛。課程涉及到微機(jī)原理、計(jì)算機(jī)組成原理、信號(hào)處理、數(shù)字電路、匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言及各種軟件開(kāi)發(fā)工具的使用等。由此可以看出，該課程對(duì)教師的要求較高。在教師不具備較完整知識(shí)體系的情況下，教學(xué)往往流于形式，表現(xiàn)為教學(xué)內(nèi)容的膚淺化和表面化。最終導(dǎo)致教學(xué)失敗。

2）課程難度大。隨著高校招生規(guī)模的擴(kuò)大，新建本科院校的生源質(zhì)量稍遜于其他本科院校。而DSP課程涉及的知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)，這就決定了學(xué)生在學(xué)習(xí)這門(mén)課時(shí)起點(diǎn)要求比較高[7]。學(xué)生不僅要了解和掌握數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)知識(shí)，還要具備一定的硬件和軟件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。這給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)了一定的困難。

3）教材與教學(xué)相分離。國(guó)內(nèi)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(nèi)部結(jié)構(gòu)原理和尋址方式”；其次是“指令系統(tǒng)”；最后是“COFF格式匯編語(yǔ)言及C語(yǔ)言程序開(kāi)發(fā)”。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(xué)的角度看，則使教學(xué)過(guò)程枯燥和缺乏感性認(rèn)識(shí)，進(jìn)而造成學(xué)生的厭學(xué)情緒，最終導(dǎo)致教學(xué)失敗。

4）實(shí)驗(yàn)教學(xué)的缺陷。為了滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，學(xué)院相繼購(gòu)買(mǎi)了各系列的DSP開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這些平臺(tái)為學(xué)生掌握CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境及軟件編程發(fā)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(yǎng)學(xué)生DSP硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。另外，DSP硬件設(shè)計(jì)費(fèi)用較高，學(xué)生也難以承受。這些因素限制了學(xué)生對(duì)DSP硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，造成了學(xué)生知識(shí)的不完備。

2 DSP課程教學(xué)改革與實(shí)踐

教學(xué)體系和課程內(nèi)容改革是教學(xué)改革的核心，改革的目標(biāo)是培養(yǎng)出符合社會(huì)需求，服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)的DSP專業(yè)人才。通過(guò)對(duì)DSP教學(xué)中存在問(wèn)題的分析和討論，我院于2010年有針對(duì)性地提出了DSP課程改革的具體措施。

2.1 DSP技術(shù)是一門(mén)理論性、實(shí)踐性、應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程。在教學(xué)過(guò)程中要求教師不僅要具有較強(qiáng)的軟件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，同時(shí)還要具備較強(qiáng)的硬件設(shè)計(jì)能力。針對(duì)此特點(diǎn)，學(xué)院選派相關(guān)專業(yè)教師赴公司、研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行培訓(xùn)，參與DSP項(xiàng)目的研發(fā)工作，極大地提高了教師的業(yè)務(wù)水平；其次，在教研室層面上對(duì)教案進(jìn)行反復(fù)討論和修訂，合理選擇教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)重點(diǎn)。在教學(xué)中做到：絕不空洞地講DSP的結(jié)構(gòu)原理，而是與指令相結(jié)合，且利用多媒體演示其執(zhí)行過(guò)程；講指令系統(tǒng)時(shí)只選擇常用指令做介紹，滿足于簡(jiǎn)單編程需要即可；講COFF文件結(jié)構(gòu)時(shí)，一定先用實(shí)例說(shuō)明，再做總結(jié)、抽象。這樣，從教師層面上保證了教學(xué)質(zhì)量。

2.2 鑒于DSP技術(shù)課程教材與教學(xué)相分離的情況，提出了“倒序”授課法的新思路。利用學(xué)生已經(jīng)掌握C語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)，首先講授DSP芯片的C語(yǔ)言編程。學(xué)生在DSP平臺(tái)上利用C語(yǔ)言編寫(xiě)幾個(gè)簡(jiǎn)單的DSP程序并運(yùn)行，掌握DSP軟件開(kāi)發(fā)的基本步驟。通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)DSP芯片有了一個(gè)直觀的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)和激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。然后講解COFF匯編語(yǔ)言文件格式及編程要點(diǎn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上用匯編語(yǔ)言重新編寫(xiě)上述程序。通過(guò)比較兩種編程方法，學(xué)生能夠更深入地領(lǐng)會(huì)匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的異同。最后，講解DSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理。此時(shí)可結(jié)合相關(guān)的匯編指令及程序講解DSP內(nèi)部各部件的工作方式，使學(xué)生了解硬件是如何執(zhí)行指令的。這樣達(dá)到事半功倍的目的。

2.3 DSP技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，為使學(xué)生理解并掌握課堂上的教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)必不可少[8]。但受困于專業(yè)的整體教學(xué)安排，實(shí)驗(yàn)課時(shí)相對(duì)較少。因此，在實(shí)驗(yàn)課上只能安排驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)——掌握DSP軟件開(kāi)發(fā)的一般流程——難以培養(yǎng)學(xué)生的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。針對(duì)此問(wèn)題，我們提出了DSP第二課堂的教學(xué)模式，其主要特點(diǎn)是：①對(duì)DSP課程有濃厚興趣的學(xué)生可自愿報(bào)名參加第二課堂；②將學(xué)生分成5-6人一組，分工協(xié)作設(shè)計(jì)電路并制版調(diào)試，費(fèi)用由小組成員均攤；③教研室為每組指派一名專業(yè)教師，該教師負(fù)責(zé)提供設(shè)計(jì)題目及解決設(shè)計(jì)中遇到的技術(shù)問(wèn)題；④學(xué)院給予指導(dǎo)教師一定的工作量。這樣同時(shí)調(diào)動(dòng)了教師和學(xué)生的積極性，為學(xué)生全面掌握DSP軟硬件設(shè)計(jì)技術(shù)鋪平了道路。此外，我們鼓勵(lì)有能力的學(xué)生積極參加各種電子設(shè)計(jì)大賽，獲得外部相應(yīng)的資金支持，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)水平，為以后走上工作崗位打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3 總結(jié)

通過(guò)對(duì)DSP課程的教學(xué)改革與實(shí)踐，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。學(xué)生多次在電子設(shè)計(jì)大賽中獲得獎(jiǎng)項(xiàng)，表現(xiàn)出了較強(qiáng)的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力。另外，基于知識(shí)的完備性和技術(shù)水平的提高，消除了新建本科院校中一些學(xué)生存在的自卑心理，使他們能夠健康茁壯地成長(zhǎng)。同時(shí)，我們也清醒地認(rèn)識(shí)到嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)本身也在快速發(fā)展之中——新方法，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。這促使我們必須與時(shí)俱進(jìn)，緊跟科技前沿，始終保證課堂教學(xué)與科技發(fā)展相適應(yīng)，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新型的專業(yè)人才。

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[責(zé)任編輯：曹明明]