面向創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的DSP課程體系構(gòu)建 韓建峰 宋麗麗 李春明 戚偉世 鄧玥

[摘 要] 通過(guò)“數(shù)字信號(hào)處理”與“DSP技術(shù)”兩門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容、課程目標(biāo)與課程作用，發(fā)現(xiàn)前者以講授理論、算法為主，理論性強(qiáng);后者以專(zhuān)用數(shù)字信號(hào)處理器的硬件結(jié)構(gòu)與軟件開(kāi)發(fā)為重點(diǎn)，技術(shù)實(shí)踐性強(qiáng)，將二者有機(jī)結(jié)合，有助于學(xué)生對(duì)理論的理解及實(shí)踐能力的提升。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)字信號(hào);DSP技術(shù);理論教學(xué);實(shí)踐能力

一、引言

DSP是Digital Signal Processing的縮寫(xiě)，也是Digital Signal Processor的縮寫(xiě)，前一種為數(shù)字信號(hào)處理的理論和方法，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、濾波、變換及識(shí)別等處理;后一種是特殊的微處理器，主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法，學(xué)校分別設(shè)置了通信、電子專(zhuān)業(yè)必修課“數(shù)字信號(hào)處理”及選修課“DSP技術(shù)”;“數(shù)字信號(hào)處理”以講授理論、算法為主，理論性強(qiáng)，“DSP技術(shù)”重點(diǎn)專(zhuān)用數(shù)字信號(hào)處理器的硬件結(jié)構(gòu)與軟件開(kāi)發(fā)，技術(shù)實(shí)踐性強(qiáng)，將二者有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生將理論應(yīng)用于實(shí)踐。

二、課程作用

“數(shù)字信號(hào)處理”是電子通信的必修專(zhuān)業(yè)課，在信號(hào)與信息處理系列課程中起到承上啟下的關(guān)鍵作用。主要為學(xué)生在數(shù)字信號(hào)處理的理論與方法方面提供知識(shí)、能力和素質(zhì)的基本訓(xùn)練，從而在信號(hào)與系統(tǒng)知識(shí)領(lǐng)域培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)與應(yīng)用能力，使學(xué)生具備基本的現(xiàn)代電子系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)能力和解決電子與通信工程領(lǐng)域技術(shù)問(wèn)題的能力?！半娐吩怼薄靶盘?hào)與系統(tǒng)”等講授本課程的必要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和原理。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)為“通信原理”“DSP技術(shù)”“數(shù)字圖像處理”“語(yǔ)音信號(hào)處理”等課程奠定專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)。

“DSP技術(shù)”是電子通信選修的專(zhuān)業(yè)課，是對(duì)數(shù)字信號(hào)處理算法的實(shí)現(xiàn)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。通過(guò)學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握DSP的硬件結(jié)構(gòu)、各類(lèi)接口、軟件開(kāi)發(fā)與代碼優(yōu)化及利用DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理算法等內(nèi)容。培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單數(shù)字信號(hào)處理硬件系統(tǒng)的能力，使用調(diào)試軟件及程序開(kāi)發(fā)的能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

三、課程內(nèi)容與目標(biāo)

（一）數(shù)字信號(hào)處理課程的內(nèi)容

“數(shù)字信號(hào)處理”以離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)作為研究對(duì)象，主要內(nèi)容包括：（1）離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析：離散時(shí)間信號(hào)的基本運(yùn)算、典型序列、離散時(shí)間系統(tǒng)的表示、離散LTI系統(tǒng)的時(shí)域特性與分析及連續(xù)時(shí)間信號(hào)的數(shù)字處理。（2）離散時(shí)間信號(hào)及系統(tǒng)的變換域分析：離散時(shí)間傅里葉變換（DTFT）及其性質(zhì)，z變換的定義、性質(zhì)及逆變換，DTFT與z變換的關(guān)系，離散LTI系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)及頻率響應(yīng)。（3）離散傅里葉變換（DFT）及快速傅里葉變換（FFT）：DFT的定義、性質(zhì)及計(jì)算，DFT與DTFT的關(guān)系，利用DFT計(jì)算卷積及連續(xù)信號(hào)的譜分析，F(xiàn)FT算法原理與實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。（4）數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)（雙線(xiàn)性變換及頻率變換法等），F(xiàn)IR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)（窗口設(shè)計(jì)法及頻率采樣設(shè)計(jì)法等），數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

（二）DSP技術(shù)課程的內(nèi)容

講授DSP硬件的基本特性、硬件結(jié)構(gòu)、片內(nèi)外設(shè)和視頻接口的基礎(chǔ)上，著重學(xué)習(xí)軟件開(kāi)發(fā)與代碼優(yōu)化的內(nèi)容;主要內(nèi)容包括：（1）DSP芯片的概述及硬件結(jié)構(gòu)：DSP芯片的分類(lèi)、特點(diǎn)及性能指標(biāo)，CPU結(jié)構(gòu)，片內(nèi)存儲(chǔ)器，片內(nèi)外設(shè)（視頻端口/VCXO內(nèi)插控制口，PCI接口，多通道緩沖串口，定時(shí)器，GPIO）。（2）DSP中斷系統(tǒng)：中斷類(lèi)型，中斷服務(wù)表，中斷控制寄存器、選擇器和外部中斷。（3）外部存儲(chǔ)器接口：EMIF寄存器，存儲(chǔ)器寬度和字節(jié)對(duì)齊，EMIF與外部存儲(chǔ)器的接口。（4）EDMA控制器：事件處理和EDMA控制寄存器，傳輸參數(shù)與參數(shù)RAM，EDMA傳輸分類(lèi)，EDMA的傳輸操作，EDMA中斷的產(chǎn)生，快速DMA（QDMA）。（5）軟件開(kāi)發(fā)：C6000的匯編語(yǔ)言程序及C程序，CSL（芯片支持庫(kù)）函數(shù)，DSP/BIOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，程序加載和固化。

四、數(shù)字信號(hào)處理與DSP技術(shù)結(jié)合實(shí)例

實(shí)驗(yàn)室以ICETEK-DM642-AVM為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以對(duì)TI的C64x DSP系列芯片進(jìn)行評(píng)測(cè)和開(kāi)發(fā)應(yīng)用。C64x的CPU內(nèi)部有8個(gè)功能單元，包括2個(gè)乘法器和6個(gè)ALU，8個(gè)功能單元最多1個(gè)周期同時(shí)執(zhí)行8條32位指令，運(yùn)算速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理理論課程中的全部算法。以C64XDSP實(shí)現(xiàn)低通FIR濾波器為例，運(yùn)行結(jié)果如上圖所示。

上圖左側(cè)的三幅圖分別是高低頻疊加的輸入信號(hào)時(shí)域圖、FIR濾波器的時(shí)域圖和濾波輸出時(shí)域圖;右側(cè)的三幅圖分別是對(duì)應(yīng)的頻域圖，觀察圖中得知：輸入波形中的低頻波形通過(guò)了濾波器，而高頻部分則大部分被濾除。

五、結(jié)語(yǔ)

將“數(shù)字信號(hào)處理”與“DSP技術(shù)”兩門(mén)課程有機(jī)結(jié)合，指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理各類(lèi)算法，進(jìn)而能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題，這有助于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的增強(qiáng)與實(shí)踐能力的提升。

參考文獻(xiàn)

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