DSP技術(shù)及應(yīng)用課程教學(xué)改革研究

王培容++曹陽(yáng)

摘要： DSP技術(shù)及應(yīng)用課程是重慶理工大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院的一門專業(yè)課。課程內(nèi)容包括DSP 芯片的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、軟硬件設(shè)計(jì)，技術(shù)含量高，內(nèi)容結(jié)構(gòu)復(fù)雜。針對(duì)當(dāng)前學(xué)習(xí)時(shí)數(shù)少而教學(xué)內(nèi)容多的矛盾，該文提出根據(jù)教材內(nèi)容，設(shè)計(jì)由淺入深，由易入難的結(jié)合DSP的CCS開發(fā)平臺(tái)和MATLAB的各個(gè)案例，通過案例進(jìn)行教學(xué)。從改革的情況來看，在與原教學(xué)方法比較的結(jié)果中可以得出，實(shí)施以上教學(xué)改革方法，使學(xué)生對(duì)DSP技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣增加，更加體會(huì)到DSP在當(dāng)今數(shù)字信號(hào)處理中的重要作用。

關(guān)鍵詞：DSP技術(shù)；教學(xué)改革；案例教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）06-0158-02

Teaching Reform Research of DSP technology and Application Course

WANG Pei-rong，CAO Yang

（College of Electronic Information and Automatization， Chongqing University of Technology， Chongqing 400050， China）

Abstract： In Chongqing University of Technology， DSP technology and application course is a professional course of the College of electronic information and automation.. The course content includes DSP chip's hardware structure， instruction system， software and hardware design. The course has high technology content and complex content structure. In current study fewer hours and teaching contents of contradiction， teaching based case is presented in this paper according to the teaching content， design from the shallow to the deep， from easy into difficult with DSP CCS development platform and MATLAB. Through the case of teaching. From the point of view of reform， in the results compared with the original teaching methods can be drawn， implementation of the above methods of teaching reform， increase the students of DSP technology learning interest， and more realize the important role of DSP in today's digital signal processing..

Key words： DSP technology； teaching reform； case teaching

1 引言

數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱DSP）是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科[1]，它與微積分、隨機(jī)過程、概率統(tǒng)計(jì)、信號(hào)與系統(tǒng)、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等學(xué)科密切相關(guān)。20世紀(jì)60年代以來，計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展有力地推動(dòng)和促進(jìn)了DSP技術(shù)的發(fā)展。數(shù)字信號(hào)處理作為數(shù)字化最重要的技術(shù)之一正以前所未有的速度向前發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理器因?yàn)槠洫?dú)特的結(jié)構(gòu)而特別適合于快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法，并在通信、雷達(dá)、聲吶、語(yǔ)音合成和識(shí)別、圖像處理、自動(dòng)控制、醫(yī)療工程設(shè)備、儀器儀表等眾多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)后，人類社會(huì)已邁入了數(shù)字化時(shí)代，DSP應(yīng)用技術(shù)是這個(gè)時(shí)代的核心技術(shù)之一，而DSP正是這場(chǎng)數(shù)字化革命的核心?！禗SP技術(shù)及應(yīng)用》 這門課程技術(shù)含量高、知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容結(jié)構(gòu)復(fù)雜，學(xué)生普遍反映難學(xué)難入門。因此，有待于改進(jìn)當(dāng)前的DSP教學(xué)方法，探索新的DSP教學(xué)方法。

2 教學(xué)課時(shí)安排

普通高等理工學(xué)校通常將《DSP技術(shù)及應(yīng)用》這門課程安排在大三、大四或研一等高年級(jí)階段。這門課程的綜合應(yīng)用性很強(qiáng)，所以要求學(xué)生既要有一定的硬件知識(shí)，如微機(jī)原理、單片機(jī)原理以及EDA 等，還要求學(xué)生有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言程序知識(shí)；對(duì)教師則要求其是綜合性應(yīng)用 DSP 技術(shù)能力強(qiáng)的人才，教師既要懂教學(xué)規(guī)律，又要有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，最好還應(yīng)做過DSP技術(shù)的相關(guān)項(xiàng)目。該課程現(xiàn)行教學(xué)計(jì)劃和大綱是讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)掌握這門應(yīng)用技術(shù)， 培養(yǎng)他們成為動(dòng)手能力強(qiáng)，寬口徑的應(yīng)用型人才。近幾年，重慶理工大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院對(duì)這門課程的安排是32課時(shí)的理論教學(xué)再加上16課時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。理論課從DSP TMS320C54系列芯片的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理算法入手展開教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課利用TMS320C54系列實(shí)驗(yàn)箱、按 CCS 軟件使用、匯編語(yǔ)言基本指令、Matlab語(yǔ)言及C 語(yǔ)言程序算法設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。按上述理論+實(shí)驗(yàn)的這種方式進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生反映課時(shí)數(shù)較少而知識(shí)點(diǎn)卻太多，難以入門，難以掌握這門數(shù)字信號(hào)處理的相關(guān)技術(shù)。

3 教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)反饋

重慶理工大學(xué)對(duì)《DSP技術(shù)及應(yīng)用》這門課程每周安排4課時(shí)的理論課。課程內(nèi)容除包括DSP 芯片的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、CCS開發(fā)工具的使用外，還強(qiáng)調(diào) DSP 芯片在數(shù)值運(yùn)算方面的特點(diǎn)，介紹算法在DSP 應(yīng)用系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的整個(gè)流程。在以往的教學(xué)中，授課老師往往是按選定的某一本教材按順序進(jìn)行講解，由于知識(shí)點(diǎn)太多，學(xué)生在接受時(shí)非常有難度。比如DSP的TMS320C54x的指令系統(tǒng)共有129條基本指令，由于操作數(shù)的尋址方式不同，由它們可以派生多至205條指令。老師在講解指令系統(tǒng)時(shí)如果僅按教材順序進(jìn)行講解，不易引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這樣學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)DSP相關(guān)知識(shí)的積極性也就不高。從高等教育學(xué)、心理學(xué)知道，在教學(xué)目的和環(huán)境構(gòu)造后，學(xué)習(xí)是一個(gè)循序漸進(jìn)，不斷解決問題的構(gòu)造過程，教學(xué)是一個(gè)誨人不倦，徐徐善誘的引導(dǎo)啟發(fā)過程。因此，我在給2013級(jí)的電子信息工程專業(yè)的學(xué)生講授這門課時(shí)，采用案例式教學(xué)方法，根據(jù)教材內(nèi)容中的各知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了由淺入深，由易入難的結(jié)合DSP的CCS開發(fā)平臺(tái)和Matlab的各個(gè)案例，通過案例進(jìn)行教學(xué)。一學(xué)期的授課結(jié)束后，學(xué)生普遍反映這種教學(xué)方法能讓他們基本掌握DSP這門課程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)DSP技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生了較強(qiáng)的興趣。

4 案例教學(xué)法[2][3]一般步驟

（1）準(zhǔn)備案例。在案例教學(xué)中設(shè)計(jì)案例時(shí)要以學(xué)生為主角，教師在授課時(shí)將準(zhǔn)備好的案例預(yù)先告知學(xué)生，并簡(jiǎn)單介紹案例所涉及的知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生了解案例內(nèi)容，并要求學(xué)生查找一些必要的資料，為完成案例做好相應(yīng)的準(zhǔn)備[4]。教師提供的題目一定要有難有易、分層次、多樣化，滿足學(xué)生的由易漸難的認(rèn)知規(guī)律。比如，在《DSP技術(shù)及應(yīng)用》這門課程中，老師在簡(jiǎn)要講解完匯編指令系統(tǒng)后，可設(shè)計(jì)一個(gè)用匯編語(yǔ)言編寫FIR濾波的案例。要求學(xué)生對(duì)一個(gè)有低頻和高頻的混合正弦信號(hào)進(jìn)行低通濾波。

（2）分析討論案例。分析討論案例是案例教學(xué)過程的中心環(huán)節(jié)，教師應(yīng)針對(duì)案例逐步地提出一些問題讓學(xué)生對(duì)這些問題進(jìn)行討論，設(shè)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生緊緊圍繞案例展開討論，方式可以是全班一起討論，也可以劃分成小組討論。比如上述的FIR濾波的案例，我首先引導(dǎo)學(xué)生討論輸入的混合信號(hào)如何生成。輸入信號(hào)假設(shè)是1000點(diǎn)的含有低頻和高頻的混合正弦信號(hào)，如果用偽指令.word來定義這1000點(diǎn)信號(hào)，顯然是不可能的。這時(shí)，老師啟發(fā)學(xué)生可用Matlab工具先生成一個(gè)滿足要求的混合信號(hào)后，再將其轉(zhuǎn)變成DSP所能接受的數(shù)據(jù)輸入格式。接著教師提出隨后的問題，如何設(shè)計(jì)濾波器，如何編寫濾波算法程序等。通過這個(gè)FIR濾波的案例教學(xué)，學(xué)生掌握了如何用定點(diǎn)DSP芯片表示小數(shù)，深刻理解了小數(shù)的表示方法。

（3）總結(jié)案例。在學(xué)生對(duì)案例進(jìn)行分析、討論、得出結(jié)果之后，教師要對(duì)案例進(jìn)行歸納總結(jié)，針對(duì)案例中提出的各問題做出恰如其分的評(píng)價(jià)，并針對(duì)案例中的主要知識(shí)點(diǎn)做出強(qiáng)調(diào)，使學(xué)生加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握。案例各問題中若學(xué)生有討論中不夠深入、不夠確切的地方，教師應(yīng)做重點(diǎn)講解。同時(shí)教師還要特別提出，通過案例分析討論，學(xué)生應(yīng)吸取什么樣的經(jīng)驗(yàn)，以此為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 基于Matlab 的DSP教學(xué)

數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的應(yīng)用是Matlab教學(xué)的主要內(nèi)容之一，同時(shí)也是 Matlab與DSP 技術(shù)相結(jié)合的典型領(lǐng)域。從課程體系上看，學(xué)生已完成了Matlab這一課程的學(xué)習(xí)，具有一定的理論基礎(chǔ)。因此，在講解DSP這門課程時(shí)可將Matlab融合進(jìn)DSP課程的教學(xué)中，有利于加強(qiáng)二者在應(yīng)用實(shí)踐上的聯(lián)系。我為學(xué)生設(shè)計(jì)了一個(gè)案例，要求學(xué)生用匯編語(yǔ)言編程對(duì)有噪聲的圖像進(jìn)行中值濾波，去除圖像的噪聲。要求學(xué)生首先用MATLAB語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)噪聲濾除，理解中值濾波的算法原理。并要求學(xué)生在Matlab工具中將圖像文件轉(zhuǎn)成DSP中的DAT文件格式。通過這個(gè)案例，學(xué)生深刻掌握了DSP的DAT文件格式，學(xué)到了一些書本上沒有的，需要搜集資料才能解決問題的方法。

6 實(shí)施因材施教和多樣化

設(shè)計(jì)案例時(shí)，教師提供的題目一定要有難有易、分層次、多樣化，以滿足學(xué)生的由易漸難的認(rèn)知規(guī)律。為此，我在《DSP技術(shù)及應(yīng)用》課程的教學(xué)中，按照低、中、高三個(gè)難度層次設(shè)計(jì)了多個(gè)案例項(xiàng)目，甚至在一個(gè)項(xiàng)目中也設(shè)置了可擴(kuò)展的幾個(gè)內(nèi)容。學(xué)生可結(jié)合自己的學(xué)習(xí)情況選擇相應(yīng)的題目，最后根據(jù)學(xué)生項(xiàng)目的難易層次和完成情況給出優(yōu)、良、中、及格、不及格五等成績(jī)。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)電子信息和通信工程2013級(jí)學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐表明， 在《DSP技術(shù)及應(yīng)用》課程的教學(xué)中，根據(jù)教材內(nèi)容精心設(shè)計(jì)案例這一改革思路是行之有效的。它能有效地解決《DSP技術(shù)及應(yīng)用》這門課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)復(fù)雜和學(xué)時(shí)數(shù)少的矛盾，較好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生分析問題，解決問題的動(dòng)手能力。

參考文獻(xiàn)：

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