DSP教学方法

摘　要　本文针对DSP（digital signal processor,数字信号处理器）教学的特点提出了对DSP教学方法的探讨,即实践和课堂并行推进.将DSP教学过程分为课堂教学、软件仿真实验、硬件仿真实验、科研体验几个环节,突出DSP教学的实践性特点.

关 键 词 　DSP　实践　仿真

中图分类号：G424 文献标识码：A

0 引言

随着通信和控制技术的发展,DSP作为重要的数字信号处理和控制的器件,其应用领域越来与广泛,DSP原理与应用是电子类高等本科教育的重要专业课程,①②是一门实践性很强的课程,该课程教学目的就是让本科生掌握一定的DSP应用技能,对于促进学生的就业有良好的前景,也可为学生将来的科学研究工作打下基础.③从多年的经验来看,学生普遍反映课程难度大、繁琐、枯燥、难以应用到具体工程实践中,其主要原因是不熟悉芯片本身及器件的功能和特点,实践机会少.在教学中,作者尝试将课堂教学和DSP实践并行推进,并取得了良好的效果.

1.DSP课程的特点及总体教学思路

DSP原理与应用是一门面向应用的课程,学习DSP原理的目的就是为了实践和应用DSP器件解决实际问题,复杂的编程语句和枯燥的器件功能介绍,使得大多数学生觉得学习起来很困难,老师普遍觉得教学难度大,教学内容单调,学生觉得空洞复杂、不容易接受.虽然DSP教学中的很多知识点都可以在实践中摸索并加深理解,但是传统的粉笔加黑板的教学模式,使得很多DSP应用方面的体会和技巧无法传授给学生.

DSP作为一种有别于微型计算机、单片机的高性能数字信号处理器,有着独特的特点：难度更大,内部结构更复杂,更强大的专用功能.为了让学生能够学好,更重要的是能够运用这个器件,教学改革和研究势在必行.

作者提出DSP教学的核心思想为“课堂学习和应用实验同步推进教学”,实验和课堂同步推进,在实践中学习,在学习中实践.DSP的教学内容比较复杂,知识跨度大,且强调实践和动手能力的培养.将课堂和实验同步推进,是一个有益的尝试,让教学引导实验,实验推动教学必将是DSP教学的发展趋势.

在讲述基本的知识点之后,引入基本实验和设计性实验.基本实验的目的是使学生掌握基本的应用和操作,设计性实验的目的是灵活应用和拔高,强调发挥学生的主观能动性.教师针对学生的设计性实验做出指导,并对比各种不同设计的优缺点和差异,在课堂上有针对性地进行讲解.

在实验之后的课堂教学中,教师总结实验和设计的经验教训,以此引导教学,提倡教与学的交流和互动,学校应该为学生创造实验和实践的条件.

图1　DSP教学环节

DSP教学主要环节如图1所示,课堂教学之后,布置设计性习题,教师根据设计性习题的批改,进行答疑反馈,更正学生在DSP应用设计中的不足之处.课堂教学之后,由学生自己进行软件仿真实验,主要训练学生的DSP编程技能,之后在实验室中进行硬件仿真实验,验证DSP程序在芯片上运行的性能和实时性.有条件的学校,应提供本科生参与DSP科研项目的机会,在科研试验中得到更深层次的应用体验.这一系列环节最终的目标是促成DSP应用技能的形成.

2.课堂教学

课堂教学是DSP学习的基本步骤,通过课堂教学将DSP的应用现状和前景介绍给同学们,增强学生对学习DSP的兴趣,引导学生的学习,减少他们自己摸索的过程和时间.课堂教学不应拘泥于粉笔、黑板和多媒体课件,应通过反馈、交流、讨论等多种方式,增加DSP学习的互动性.在每一章节课程教学完成之后,都应安排一定量的设计性习题,通过学生习题的反馈,教师掌握教学的不足,并为下一次教学准备侧重点,对于多次、反复出现的问题,可在课堂上进行集中的解答.

3.软件仿真实验

软件仿真是非常适合于DSP学习的一种实践方式,它不需目标硬件支持,只需在计算机上运行,是一种模拟DSP芯片各种功能并在非实时条件下进行软件调试的调试工具.学生可以在宿舍或者实验室的计算机上运行Simulator,进行DSP算法设计、汇编语言设计、高级语言设计、汇编伪指令编写等训练,验证算法和软件功能的正确性.软件仿真应用方便,不需要借助硬件支持,对于DSP的学习和应用非常有益.学生完全可以在每节课后自己进行编程训练,对课堂教学的例程进行验证,从而方便进行课堂教学的反馈.

4.硬件仿真实验

硬件仿真能够完成软件仿真的所有功能,且程序运行于真实的DSP器件,能够验证算法、程序的实时性,但进行硬件仿真需要DSP硬件目标板的支持,所以只能在实验室条件下进行.学生在完成软件仿真的基础上,应安排足够的学时,进入实验室,通过运行Emulator进行硬件仿真和实时性评估.硬件仿真是DSP学习不可缺少的阶段,DSP软件设计是否满足实时性要求,只能在硬件仿真上进行验证,此外,只有DSP硬件系统才能提供丰富的片上资源和IO接口,通过IO接口才能对真实的信号进行输入和处理.学生只有通过硬件仿真在DSP试验箱上进行一系列的应用实验,才能真正学习和掌握DSP的应用技能.

5.科研体验

通过软件仿真和硬件仿真,学生已经基本掌握了DSP应用的初步知识和技能,但距离掌握DSP的工程应用尚有一定距离,一系列DSP应用的技巧、心得只有在自身的实践中才能有所体会和掌握.学校应尽可能地提供条件,让有学习余力的本科生参与DSP相关的科研实践.DSP课程一般在本科高年级开设,学生已经具备较好的基础,可以从事相关的科研工作,导师可遴选其中学有余力且有足够兴趣的同学,进入实验室及研究团队,和研究生一起进行DSP的科研实践,一方面,可以保持研究队伍的连续性；一方面可以给本科生提供宝贵的研究机会.通过做项目、科研,参与DSP的工程应用,通过和研究团队成员及导师的交流以及不断的实验,获得更深的DSP应用体验,这种学习的效果远远超过课堂教学.

6.结束语

DSP学习的核心在于其实践性学习,课堂学习和应用实验应同步推进,在课堂教学完成的基础上,根据各个学校的特点,应首先要求学生进行软件仿真和硬件仿真实验,学习DSP试验箱上的各种例程和应用.有条件的学校,应给部分学有余力的本科生提供DSP科研实践的机会,通过和研究团队的交流学习,深层次地掌握DSP应用的技能,为今后走向工作岗位打下坚实的基础.

注释

①　刘艳萍.DSP技术原理及应用教程[M].北京航空航天大学出版社,2008.

②　冬雷.DSP原理及电机控制系统应用[M].北京航空航天大学出版社,2007.

③　俞一彪,孙兵,曹洪龙,邵雷.电子信息类本科DSP教学实践与探索[J].理工高教研究,2006.25(4):111-112.