《DSP技术》课程的探讨和改革
管庆胡全彭启琮
【摘要】电子科技大学本科教学计划中的《DSP技术》课程，是一门工程性很强的课程。本文围绕该课程的核心教学目标——DSP实现，结合我们所进行的多样性教学实践工作，详细讨论了教学方式和方法的改进，对提高学生自主学习意识和研究型学习能力的帮助，深入分析了教学及实验内容和手段的改革，对改善学生的工程意识、提高学生工程实践能力的重要意义。
【关键词】DSP技术课程设计工程意识工程实践能力
DSP技术正在迅速发展，得到越来越广泛的应用，业界对DSP工程师的需求每年成倍增长。为了对学生进行全面、系统的DSP应用技能培养，电子科技大学通信学院从1997年起，率先在国内开设了有关的课程和实验，并编写和出版了一批质量较高的教材和专著，取得了良好效果。本文就如何开展《DSP技术》课程教学以及配套实验，谈谈我们的实践和思考。
一、课程内容
《DSP技术》课程开设的时间一般在大三下或大四上，学时数为32～40学时。这时，学生已经完成《信号系统》、《数字电路》、《微机原理》和《数字信号处理》等相关课程的学习。因而本课程的教学重点放在数字信号处理算法的DSP实现方面。根据这些年来的教学情况［1］，同时也参考了国外相关课程的教材［4］和教学方法，我们不断地对课堂教学内容和章节次序作调整与完善。
本课程内容分为6章。第一章——“DSP概述与技术特点”，主要介绍DSP的结构特点，增加关于DSP处理器评价方法的介绍，补充最新DSP产品动态。这一部分的教学学时有所压缩，目的在于留出时间引导学生自主查阅相关文献，扩大他们的知识面。第二章对TI公司的三大DSP系列的硬软件结构作了较详细的介绍，补充了详细指令和寻址方式，介绍了并行指令与流水操作。本章的目的在于，让学生对TI公司系列DSP有一个较全面的认识，为DSP选型和应用打下一定基础。第三章——“DSP开发环境与工具”，阐述集成开发与调试环境CCS的使用［3］、硬件仿真调试器与评估工具的使用以及RTOS实时操作系统。重点要求掌握使用C或C++语言和汇编语言混合编程、开发DSP应用程序的技巧。课堂上讲解本章的难点：CMD内存定位文件的编写。第四章——“DSP的实现”，介绍A/D与D/A的概念、定点数和浮点数DSP的区别以及基本的算术运算操作。由于目前大多数DSP都是定点DSP，所以详细讨论了定点DSP应用中的特点和技巧，例如溢出处理和饱和运算等，使学生能用定点数运算的思路去解决一些简单问题。第五章——“通用数字信号处理方法的DSP实现”，利用IIR滤波器、FIR滤波器、自适应滤波器以及FFT实现的实例，来说明DSP在数字信号处理中的重要意义，巩固学生对DSP结构和特点的认识。通过几个完整的DSP应用方案，如正弦信号产生，从系统实现的角度出发，讲解DSP硬体、软件开发流程的各个主要部分：算法仿真、方案设计、中断处理、DSP外设应用、原理图设计、PCB板制作、代码装载（BOOTLOADER）等，使得学生对整个DSP开发的流程，有一个较完整和清晰的了解。
二、课程考核方式以及考核内容
多年以来，一般工程性课程都是以堂上开卷的方式，对学生进行考核，试卷也以填空、选择、问答的形式居多。但这样的考核方式，显然不适合《DSP技术》这样以工程实现为目的的课程的考核要求。我们对该课程的考核方式和内容进行了重大的改革，并取得了较为满意的结果。
首先，在考核形式上，设计了课程设计综合报告的考核方式，目的在于让学生发挥自主学习的能动性，培养他们的科技创新能力。为鼓励学生独立完成这些课程设计报告，我们得到学校教务处的认同，允许学生可以通过课程设计报告直接获得学分。在2004年的教学过程中，我们设计了两阶段的课程设计报告：第一阶段是在第二章结束后，题目为“完成DSP与Intel通用CPU（如PIII、P4）的对比报告”，或者“完成TI公司TMS320VC5402与ADI公司ADSP-2191的对比报告”。该报告的目的是，引导学生自己通过查阅相关文献资料，比较DSP与通用CPU之间或不同DSP之间，在结构、应用等方面的特点。第二次是在课程全部结束后，题目是综合设计，鼓励学生用《数字电路》、《信号与系统》、《数字信号处理》和《通信原理》等课程学习到的理论知识，完成一个DSP解决方案。其中的两个题目是：
题目一系统设计题：使用TMS320VC5402，设计完成频率可调的正弦信号发生器，频率范围为1～5kHz（步进），具体要求为：
（1）提交完整的电路原理图。
（2）结合硬件电路描述实现频率的连续控制的方案。
（3）具体描述正弦信号的产生过程，给出程序流程图。
（4）提交完整的设计报告。
题目二软件设计题：利用TMS320VC5402处理器，实现对一个调幅信号的解调。输入信号载波频率为2kHz，被调信号频率为100Hz，采样频率为10kHz。具体要求为：
（1）使用CCS探针工具，完成调幅信号的输入。
（2）使用CCS图形工具，绘出输入调幅信号波形和解调信号波形。
（3）提交包括算法描述、程序框图、程序运行结果的设计报告。
由于受传统应试教育方式的影响，面对开放性题目，一开始学生都感到无从下手。但大部分学生都不愿意放弃尝试的机会。真正进入题目，在老师的指导下最终通过自身努力完成设计题目后，学生都表示大有收获。一位2201201班的学生在一封电子邮件中提到，“……刚刚看到这道题的时候，我和其他所有的同学一样，感到一片茫然，无从下手。……当我最后的调试结果出来的那一刹那，我竟然感受到比考试拿到满分还要兴奋喜悦的那种心情！在做这道题的过程中，我发现自己真的学到了很多东西，比在课堂上学到的更具体、更有用，而我现在也终于明白了老师为什么一直希望我们以做这些题来完成考试”。另外一位2201303班的学生也有类似的感觉，“……在搜索资料的过程中，我开始慢慢对DSP有所熟悉。虽然没有写出高质量的论文，但是个人觉得这样的作业方式很好，我的收获很大！”
其次，对考试题目的形式也进行了大力改革。增加了一些文献资料阅读题目，例如给出处理器TMS320VC5410A的部分手册资料（英文原版资料）；提出一些联系实际应用的基本问题；增加一些实际工程应用的考试题目。目的在于检验学生对已学知识的应用能力，让学生了解课程的实用性和重要性，从而激发学生自主学习和进一步学习的热情和要求。
三、实验内容
《DSP技术》作为一门工程性很强的课程，必须为该课程设计一系列完整的实验并编制详细的实验指导书。我们的课程实验分为五大类：
1.TI系列DSP的硬、软件实验
包括一些基础软件实验、BOOTLOADER代码加载实验、存储器配置及验证实验等。
2.TI各个系列DSP通用外设实验
定时器实验、McBSP串口实验、HPI接口实验、DMA控制、EMIF存储器接口控制等。
3.TI DSP开发工具CCS掌握实验
包括CCS的基本使用，图形、探针、剖析、断点等工具的使用和DSP/BIOS的使用。
4.数字信号处理基本算法实验
包括基本算术运算实验、FIR和IIR滤波器实现、FFT实现、DTMF实现等。
5.综合类实验
UART与PC的串口通信实验、直流电机调速实验、步进电机调速实验、交通灯控制实验、语音录放实验、实现计算器功能实验等。
这五大类实验基本包括了本课程的全部教学内容。由于受教学计划中《DSP技术》总课时数的限制，每个教学周期只能安排其中2～3个实验。一般情况下安排以下两个实验：FIR滤波器实现与FFT实现。
此外，在学校实验设备处的大力支持下，开设了全校实验技能公选课《DSP应用技能实验》，作为《DSP技术》课程的独立实验科目。内容包含了前面所讨论的五大类，共8个实验，每个实验4学时，合计课时32学时，完成8个实验内容可以取得该科目的2学分。该实验课作为《DSP技术》课程的实验环节的重要组成部分，满足了相当一部分学生培养自己实验应用技能的需求。
四、通过课程实践，使学生切实掌握和运用DSP技术
通过对《DSP技术》课程及实验以及《DSP应用技能实验》实验科目的学习，使学生能掌握DSP的一般特点和开发应用的基本技巧，但DSP系统的硬件设计能力还需要进一步加强。对此，我们指导学生实现一个DSP最小应用系统，其中包括DSP处理器、模拟接口电路（ADC和DAC）和电源处理部分。如果条件许可，还可以增加外部存储器和各种通信接口等相关外设。学生通过电路的设计与调试，进一步掌握DSP硬件开发技能。在完成硬件设计的同时，编制诸如数字滤波器、虚拟频谱仪等相应的应用软件，强化学生理论知识的实际工程应用能力。课程设计时间根据实际情况而定，一般为4周，也可以安排在学生假期。
目前，我们在实验室提供了两类课程设计题目：一类是前面提到的，包含DSP处理芯片的最小应用系统，如“VC5402最小应用系统设计”、“LF2407最小应用系统设计”、“C6711最小应用系统设计”等。以“VC5402最小应用系统设计”为例，系统主要包括TMS320VC5402（DSP）、TLC320AC01（模拟接口-AIC）、TPS73HD318（电源管理芯片）以及27C256（实现BOOTLOADER的EPROM）4个芯片，整体硬件的成本在人民币100元左右。通过具体电路设计和调试，学生一方面能够领会DSP系统设计的要领，另一方面也增强了对硬件电路设计方面应用的信心。另一类利用DSP320PP-U实验箱提供的扩展接口，制作各类功能实现接口卡，编写相应的驱动和应用软件，如“用AIC23实现立体声音乐信号处理”、“用MAX038实现波形发生器”等。题目不仅涉及到DSP软硬件，还包括数字电路、模拟电路、接口电路等，是对学生综合能力的训练和培养。完成课程实践环节的学生，普遍认为收获很大。有的学生甚至认为，只有从硬件到软件完成一个DSP系统的完整设计，并完成调试工作，才能真正具有较全面地掌握DSP开发设计的基本能力。
五、结束语
对于《DSP技术》这种工程性很强的课程，学生学习和教师教学两方面需要互动。围绕“DSP实现”这一核心思想，我们从教学理念、教学内容、教学实验和实践以及考核方式等环节，进行了一系列的改革。
《DSP技术》课程根本的教学目的，不仅是针对某种DSP器件或某系列DSP器件的使用和设计，而是通过具体器件，理解DSP系统架构和掌握DSP基本设计方法。而在DSP工程开发应用过程中，硬件系统设计的投入往往不到整个系统投入的三分之一，而软件系统的投入则超过三分之二。所以软件系统的开发和通用外设的使用是我们作为教学重点的根本原因。同时应用软件（90%以上可以使用C语言或C++语言）与实现平台基本无关，开发思路和开发环境都比较相似，一旦掌握了一个系列DSP芯片（如TMS320C5000）的系统开发技巧，就较容易过渡到其他系列DSP或其他公司的DSP。
在我们的改革实践中，绝大多数学生对我们的教学改革是认同的，对教学的效果表示满意或比较满意，这正是我们将该课程的改革继续下去的动力。
《传感器技术》教学探讨
谢光忠蒋亚东徐建华吴志明李伟王涛
【摘要】利用多媒体教学手段和我校实验基地，构建了由教材选择、教学内容的准备、多媒体教学、实验教学、课程考试五部分组成的《传感器技术》课程教学的模式，克服了专业特点给教学带来的困难，使本课程教学取得了较好的效果。
【关键词】传感器技术多媒体教学教学模式
我校开设《传感器技术》课程已经多年，在这门课程的教改实践中，就如何克服实际困难、提高专业课教学质量和学生素质这一问题，我们进行了不断的探索、研究与实践，形成了本课程教学实践的一定模式。
