面向創新實踐能力培養的DSP課程體系構建x

面向創新實踐能力培養的DSP課程體系構建 韓建峰 宋麗麗 李春明 戚偉世 鄧玥

[摘 要] 通過“數字信號處理”與“DSP技術”兩門課程的教學內容、課程目標與課程作用，發現前者以講授理論、算法為主，理論性強;后者以專用數字信號處理器的硬件結構與軟件開發為重點，技術實踐性強，將二者有機結合，有助于學生對理論的理解及實踐能力的提升。

[關鍵詞] 數字信號;DSP技術;理論教學;實踐能力

一、引言

DSP是Digital Signal Processing的縮寫，也是Digital Signal Processor的縮寫，前一種為數字信號處理的理論和方法，以數字形式對信號進行采集、濾波、變換及識別等處理;后一種是特殊的微處理器，主要應用于實時快速地實現各種數字信號處理算法，學校分別設置了通信、電子專業必修課“數字信號處理”及選修課“DSP技術”;“數字信號處理”以講授理論、算法為主，理論性強，“DSP技術”重點專用數字信號處理器的硬件結構與軟件開發，技術實踐性強，將二者有機結合，使學生將理論應用于實踐。

二、課程作用

“數字信號處理”是電子通信的必修專業課，在信號與信息處理系列課程中起到承上啟下的關鍵作用。主要為學生在數字信號處理的理論與方法方面提供知識、能力和素質的基本訓練，從而在信號與系統知識領域培養學生扎實的專業知識基礎與應用能力，使學生具備基本的現代電子系統的分析、設計能力和解決電子與通信工程領域技術問題的能力?！半娐吩怼薄靶盘柵c系統”等講授本課程的必要專業基礎知識和原理。通過本課程的學習為“通信原理”“DSP技術”“數字圖像處理”“語音信號處理”等課程奠定專業知識基礎。

“DSP技術”是電子通信選修的專業課，是對數字信號處理算法的實現，具有較強的實用性。通過學習使學生掌握DSP的硬件結構、各類接口、軟件開發與代碼優化及利用DSP實現數字信號處理算法等內容。培養學生設計簡單數字信號處理硬件系統的能力，使用調試軟件及程序開發的能力，進而培養學生的工程實踐能力和創新能力。

三、課程內容與目標

（一）數字信號處理課程的內容

“數字信號處理”以離散時間信號與系統作為研究對象，主要內容包括：（1）離散時間信號與系統的時域分析：離散時間信號的基本運算、典型序列、離散時間系統的表示、離散LTI系統的時域特性與分析及連續時間信號的數字處理。（2）離散時間信號及系統的變換域分析：離散時間傅里葉變換（DTFT）及其性質，z變換的定義、性質及逆變換，DTFT與z變換的關系，離散LTI系統的系統函數及頻率響應。（3）離散傅里葉變換（DFT）及快速傅里葉變換（FFT）：DFT的定義、性質及計算，DFT與DTFT的關系，利用DFT計算卷積及連續信號的譜分析，FFT算法原理與實現結構。（4）數字濾波器設計與實現：IIR數字濾波器設計（雙線性變換及頻率變換法等），FIR數字濾波器設計（窗口設計法及頻率采樣設計法等），數字濾波器的結構與計算機輔助設計。

（二）DSP技術課程的內容

講授DSP硬件的基本特性、硬件結構、片內外設和視頻接口的基礎上，著重學習軟件開發與代碼優化的內容;主要內容包括：（1）DSP芯片的概述及硬件結構：DSP芯片的分類、特點及性能指標，CPU結構，片內存儲器，片內外設（視頻端口/VCXO內插控制口，PCI接口，多通道緩沖串口，定時器，GPIO）。（2）DSP中斷系統：中斷類型，中斷服務表，中斷控制寄存器、選擇器和外部中斷。（3）外部存儲器接口：EMIF寄存器，存儲器寬度和字節對齊，EMIF與外部存儲器的接口。（4）EDMA控制器：事件處理和EDMA控制寄存器，傳輸參數與參數RAM，EDMA傳輸分類，EDMA的傳輸操作，EDMA中斷的產生，快速DMA（QDMA）。（5）軟件開發：C6000的匯編語言程序及C程序，CSL（芯片支持庫）函數，DSP/BIOS實時操作系統，程序加載和固化。

四、數字信號處理與DSP技術結合實例

實驗室以ICETEK-DM642-AVM為實驗平臺，可以對TI的C64x DSP系列芯片進行評測和開發應用。C64x的CPU內部有8個功能單元，包括2個乘法器和6個ALU，8個功能單元最多1個周期同時執行8條32位指令，運算速度快、實時性強，可實現數字信號處理理論課程中的全部算法。以C64XDSP實現低通FIR濾波器為例，運行結果如上圖所示。

上圖左側的三幅圖分別是高低頻疊加的輸入信號時域圖、FIR濾波器的時域圖和濾波輸出時域圖;右側的三幅圖分別是對應的頻域圖，觀察圖中得知：輸入波形中的低頻波形通過了濾波器，而高頻部分則大部分被濾除。

五、結語

將“數字信號處理”與“DSP技術”兩門課程有機結合，指導學生在實驗平臺實現數字信號處理各類算法，進而能夠將所學理論應用于解決實際問題，這有助于學生創新意識的增強與實踐能力的提升。

參考文獻

[1]瑞泰創新.ICETEK-DM642-AVM圖像、語音、網絡處理系統硬件、軟件使用說明書和實驗指導書[Z].2009.

[2]教育部高等學校電子信息科學與工程類專業教學指導分委員會.高等學校電子信息科學與工程類本科指導性專業規范（試行）[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3]趙亞湘，李宏，王瑋.“數字信號處理”課程設計教學模式的探討[J].電氣電子教學學報，2017.

[4]McClellan J H，Schafer R W，Yoder M A.Signal Processing First（英文影印版）[M].北京：科學出版社，2003.

[5]金偉，張峰干，等.數字信號處理專業基礎課程實踐教學探索[J].高師理科學刊，2018.