面向创新实践能力培养的DSP课程体系构建x

面向创新实践能力培养的DSP课程体系构建 韩建峰 宋丽丽 李春明 戚伟世 邓玥

[摘 要] 通过“数字信号处理”与“DSP技术”两门课程的教学内容、课程目标与课程作用，发现前者以讲授理论、算法为主，理论性强;后者以专用数字信号处理器的硬件结构与软件开发为重点，技术实践性强，将二者有机结合，有助于学生对理论的理解及实践能力的提升。

[关键词] 数字信号;DSP技术;理论教学;实践能力

一、引言

DSP是Digital Signal Processing的缩写，也是Digital Signal Processor的缩写，前一种为数字信号处理的理论和方法，以数字形式对信号进行采集、滤波、变换及识别等处理;后一种是特殊的微处理器，主要应用于实时快速地实现各种数字信号处理算法，学校分别设置了通信、电子专业必修课“数字信号处理”及选修课“DSP技术”;“数字信号处理”以讲授理论、算法为主，理论性强，“DSP技术”重点专用数字信号处理器的硬件结构与软件开发，技术实践性强，将二者有机结合，使学生将理论应用于实践。

二、课程作用

“数字信号处理”是电子通信的必修专业课，在信号与信息处理系列课程中起到承上启下的关键作用。主要为学生在数字信号处理的理论与方法方面提供知识、能力和素质的基本训练，从而在信号与系统知识领域培养学生扎实的专业知识基础与应用能力，使学生具备基本的现代电子系统的分析、设计能力和解决电子与通信工程领域技术问题的能力。“电路原理”“信号与系统”等讲授本课程的必要专业基础知识和原理。通过本课程的学习为“通信原理”“DSP技术”“数字图像处理”“语音信号处理”等课程奠定专业知识基础。

“DSP技术”是电子通信选修的专业课，是对数字信号处理算法的实现，具有较强的实用性。通过学习使学生掌握DSP的硬件结构、各类接口、软件开发与代码优化及利用DSP实现数字信号处理算法等内容。培养学生设计简单数字信号处理硬件系统的能力，使用调试软件及程序开发的能力，进而培养学生的工程实践能力和创新能力。

三、课程内容与目标

（一）数字信号处理课程的内容

“数字信号处理”以离散时间信号与系统作为研究对象，主要内容包括：（1）离散时间信号与系统的时域分析：离散时间信号的基本运算、典型序列、离散时间系统的表示、离散LTI系统的时域特性与分析及连续时间信号的数字处理。（2）离散时间信号及系统的变换域分析：离散时间傅里叶变换（DTFT）及其性质，z变换的定义、性质及逆变换，DTFT与z变换的关系，离散LTI系统的系统函数及频率响应。（3）离散傅里叶变换（DFT）及快速傅里叶变换（FFT）：DFT的定义、性质及计算，DFT与DTFT的关系，利用DFT计算卷积及连续信号的谱分析，FFT算法原理与实现结构。（4）数字滤波器设计与实现：IIR数字滤波器设计（双线性变换及频率变换法等），FIR数字滤波器设计（窗口设计法及频率采样设计法等），数字滤波器的结构与计算机辅助设计。

（二）DSP技术课程的内容

讲授DSP硬件的基本特性、硬件結构、片内外设和视频接口的基础上，着重学习软件开发与代码优化的内容;主要内容包括：（1）DSP芯片的概述及硬件结构：DSP芯片的分类、特点及性能指标，CPU结构，片内存储器，片内外设（视频端口/VCXO内插控制口，PCI接口，多通道缓冲串口，定时器，GPIO）。（2）DSP中断系统：中断类型，中断服务表，中断控制寄存器、选择器和外部中断。（3）外部存储器接口：EMIF寄存器，存储器宽度和字节对齐，EMIF与外部存储器的接口。（4）EDMA控制器：事件处理和EDMA控制寄存器，传输参数与参数RAM，EDMA传输分类，EDMA的传输操作，EDMA中断的产生，快速DMA（QDMA）。（5）软件开发：C6000的汇编语言程序及C程序，CSL（芯片支持库）函数，DSP/BIOS实时操作系统，程序加载和固化。

四、数字信号处理与DSP技术结合实例

实验室以ICETEK-DM642-AVM为实验平台，可以对TI的C64x DSP系列芯片进行评测和开发应用。C64x的CPU内部有8个功能单元，包括2个乘法器和6个ALU，8个功能单元最多1个周期同时执行8条32位指令，运算速度快、实时性强，可实现数字信号处理理论课程中的全部算法。以C64XDSP实现低通FIR滤波器为例，运行结果如上图所示。

上图左侧的三幅图分别是高低频叠加的输入信号时域图、FIR滤波器的时域图和滤波输出时域图;右侧的三幅图分别是对应的频域图，观察图中得知：输入波形中的低频波形通过了滤波器，而高频部分则大部分被滤除。

五、结语

将“数字信号处理”与“DSP技术”两门课程有机结合，指导学生在实验平台实现数字信号处理各类算法，进而能够将所学理论应用于解决实际问题，这有助于学生创新意识的增强与实践能力的提升。

参考文献

[1]瑞泰创新.ICETEK-DM642-AVM图像、语音、网络处理系统硬件、软件使用说明书和实验指导书[Z].2009.

[2]教育部高等学校电子信息科学与工程类专业教学指导分委员会.高等学校电子信息科学与工程类本科指导性专业规范（试行）[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3]赵亚湘，李宏，王玮.“数字信号处理”课程设计教学模式的探讨[J].电气电子教学学报，2017.

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

[5]金伟，张峰干，等.数字信号处理专业基础课程实践教学探索[J].高师理科学刊，2018.