《数字信号处理应用技术》课程设计教学研究

2010-08-15张彦郑州轻工业学院450002张涛信息工程大学450002

中国科技信息 2010年20期

张彦郑州轻工业学院 450002张涛信息工程大学 450002

张彦郑州轻工业学院 450002张涛信息工程大学 450002

数字信号处理应用技术是一门实践性很强的专业课，课程设计教学环节在本门课程的授课过程中占有很重要的地位，本文对数字信号处理应用技术课程设计的的教学现状进行了分析，对课程设计教学过程中的设计题目选择、课程设计方法及相关实验设备进行了研究，提出了一些改进方法。目的是提高本门课程课程设计的教学效果，提高学生的分析问题解决问题和动手能力，使学生们通过课程设计的学习更加适应工作的需要。

1.数字信号处理应用技术课程设计教学现状

数字信号处理应用技术是电子和信息专业的一门高年级专业课，是基础专业课“数字信号处理”课程的具体应用。学生们在学过数字信号处理后，通过学习数字信号处理应用技术这门课程，掌握实际工作中利用数字信号处理芯片实现数字信号处理各种算法的方法。

数字信号处理课程设计是在数字信号处理课程结束后，利用一周的时间，进行综合性的设计实验，目的是通过综合性的设计过程，将数字信号处理应用技术课程讲授的各个基础知识综合应用，使学生们对数字信号处理应用技术的知识点有直观现实的了解。目前，数字信号处理应用技术课程设计主要以TI公司的TMS320C54x芯片为实验芯片，设计过程中涉及的知识主要有：TMS320C54X 芯片的结构及基本原理，TMS320C54X的片上外设，DSP系统的硬件设计，DSP系统的软件设计及集成开发环境CCS的使用。

由于实验教学环节的课时比较少，目前实验以简单的验证性实验为主，因此，用一周的时间完成某个设计题目的课程设计环节对提高学生的动手能力，分析解决问题的能力有很大的帮助。

2. 课程设计教学研究

现代教育目的是提高学生的实践能力，创新能力，课程设计教学是对这两个重要能力进行锻炼的有效环节。在教学过程中，需要根据学生的基础，设计难易适中的设计题目，提供合适的实验设备。我在教学过程中，对如何提高课程设计环节的教学效果，做了一些研究，首先可以分析出，在学习这门课之前，学生们学过数字信号处理，学过单片机，有数字信号处理及芯片的基本概念。但由于实际应用较少，对芯片及数字信号处理的知识大多处于理论阶段。没有较为深入的认识。学生的理论基础并不是很扎实，同时动手能力和自学能力也不是很强。针对这一问题，我在题目选择，课程设计方法及相关实验设备上做了一些研究。

（1）题目选择

课程设计的题目不能过于简单，这样达不到提高学生实践能力，加深对课堂讲授内容理解的目的，同时，设计题目也不能过于复杂，学生们对知识的理解和动手能力毕竟处于一个比较初级的阶段，过于复杂，难度较大的题目，学生无法完成，也不利于动手能力的提高，同时打击了学生们学习的积极性。设计的题目应该在难易程度上拉开距离，不同能力的学生可以根据自己的情况，设计完成相对应的题目，从而都得到适当的锻炼。在教学环节中，我选择了以下几个题目：

a.FIR滤波器设计

这个设计题目的主要目的是：了解FIR滤波器的原理及使用方法，了解使用MATLAB语言设计FIR滤波器的方法，了解FIR滤波器的DSP设计及实现方法，熟悉FIR滤波器的调试方法。

其基本要求是：使用MATLAB设计出采样频率为1000HZ，截止频率为300HZ的FIR低通滤波器；在CCS中编写程序，实现滤波器；生成40HZ和480HZ的合成信号，通过设计好的滤波器，验证滤波结果。

FIR滤波器是数字信号处理理论中的一个重要内容，通过该题目，学生学会如何使用DSP芯片设计完成规定参数的滤波器。

b.按键测试设计

设计题目的主要目的为：了解DSP中断的编程方法；了解DSP试验箱上按键中断产生方法。了解DSP试验箱上数码管的显示编程方法。

基本要求是：本设计是一个测试键盘的实验，要求运行程序后依次按键1～8，数码管依次显示7～0，任意按一键，其对应的数码管显示相应的数字。

c.定时器综合设计

设计题目的主要目的是：了解DSP的定时器定时原理及定时时间计算方法；了解数码管显示原理及编程方法；了解DSP中断编程方法。设计题目的基本要求是：本设计是定时器定时及显示实验，通过编程，实现数码管显示时间的功能，时间显示的精度是ms级。

d.数码管测试实验设计

设计题目的主要目的是：了解数码管显示原理及编程方法，了解DSP的I/O端口编程方法。

设计题目的基本要求是：本设计是数码显示实验，通过编程，实现数码管循环显示功能，每个数码管先依次显示0，再依次显示1，重复下去，直到依次显示F后，重新依次显示0。

e.液晶显示实验设计

设计题目的主要目的是：了解DSP的液晶屏显示原理；了解DSP的I/O访问方法；了解DSP试验箱液晶屏显示编程方法。

设计题目的基本要求是：本设计是液晶屏显示测试程序，程序运行后，试验箱上的液晶屏显示连续变化的图像。

f.YUV图像处理之汉字叠加

设计题目的主要目的是：了解YUV图像的数据格式；了解图像中汉字叠加原理；了解CCS中载入图像数据，观看图像的方法；了解CCS中图像处理编程方法。

设计题目的基本要求是：根据图像叠加汉字的原理，在CCS中编程实现在YUV图像上叠加汉字；载入测试图像；运行程序，测试程序的正确性。

以上是课程设计题目的一些例子，在这些题目里，有单纯软件上的设计，如YUV图像处理之汉字叠加设计，这个题目能够让学生学会如何在CCS软件上完成图像处理的功能，即如何使用DSP芯片完成图像处理的算法。有对硬件进行的设计，如按键测试设计、定时器综合设计及数码管测试实验设计，这些设计题目可以使学生对如何使用设计工具CCS完成对硬件I/O口的控制和操作有深入的了解。有创新性的设计，如液晶显示实验设计，该设计题目使学生在掌握对DSP硬件I/O口操作同时，掌握液晶显示屏显示方法，通过设计如何显示出自己需要的图像，完成知识的学习，学生们也比较有兴趣。在实际教学过程中，我发现课程设计环境是学生们学习兴趣最大，锻炼动手能力，学习掌握知识效果最好的环节。

（2）课程设计方法及设备研究

在教学过程中，我发现了一些针对课程设计环节存在的一些问题，由于设备的限制，目前我们使用实验箱来完成课程设计的题目。实验箱的优点是硬件的各个设备已经连接好，并且经过测试，运行稳定。但是同时，使用实验箱进行课程设计也存在诸多的缺点。由于实验箱的硬件连接已经固定，对于硬件设计知识的学习只能通过观察研究实验箱的连接完成，学生们不能自己动手重新设计硬件结构，进行硬件连接，因此，有关硬件设计的知识在课程设计过程不能得到有效的实践。另外，由于硬件连接固定，因此，课程设计的内容只能限定在硬件设备在试验箱上的题目，如果学生们想发挥自己的创造力，开发一些非经常使用的设备，那么就无法用试验箱完成。针对在教学中发现的这些问题，我认为使用通用的开发板作为课程设计的实验设备是更为合适的。