DSP课程范文10篇
时间：2023-03-20 05:40:59
DSP课程范文篇1
“DSP原理及应用”是一门应用型课程，具有内容多、综合性强等特点。如何在有限的教学时数内高质量地完成教学任务，使学生掌握关键技术并具备一定的应用能力是摆在每一位课程教师面前的重大课题。①该课程在我校的开设时间并不长，如何抓住教学重点以及改进教学方法，有效提高教学质量并培养符合市场需求的合格人才，这使得对DSP课程进行教学改革研究有重要的现实意义。
1DSP课程教学现状
（1）教学内容不够合理。DSP课程的总课时为30课时左右，由于课时少，加之该课程开设时间较短，较难找到合适的优秀教材。目前的教学基本是按照所选教材内容结构进行教授，很难激起学生的学习兴趣，难以达到教学目标。
（2）重理论轻实践，理论教学和实践教学脱节。某些专业的DSP课程实践学时不足10学时甚至更少，作为实践性很强的专业课，缺乏足够的实践确实很难达到理想的教学效果。而理论教学和实践教学脱节，无法充分利用有限的实践机会加深理解专业理论。
（3）考核方式过于死板。目前的考核方式多为试题考试加平时成绩，很少体现学生的实际动手能力，学生所掌握的理论与实际相脱离较为严重，存在“高分低能”现象。
（4）学生学习兴趣不高，缺勤现象严重。前面一系列原因导致学生学习兴趣不高，同时该课程的开设时间一般安排在大三下半学年或大四上半学年，学生由于就业和考研而忽略课程学习，经常出现到课率不高的情况。
针对DSP课程教学的特点和现状，国内许多高校的专家学者提出了课程改革的思路，并进行了有益的探索。②③在充分研究他人成果的基础上，结合我校DSP课程的现有条件和实际情况，通过研究教学内容的优化以及教学方法的改进，改善了我校该课程教学现状，提高了教学效果。
2优化DSP课程教学内容
（1）抓住CPU寄存器这条主线。提出寄存器是开发人员的“人机接口”，强调对CPU寄存器的讲解要详细到位，它作用就像这个芯片的摘要，涉及到课程的各个部分。学生对该部分进行很好的理解，将为后续内容的展开很有帮助，后续的讲解也要经常反复涉及到CPU寄存器。因此，抓住了这条主线，就能够很好地让学生从整体上把握该课程的学习。
（2）围绕DSP芯片的软硬件设计是以提高运算速度、适合数字信号处理算法为目的这一中心。学生在学习该课程时往往会产生这样的疑惑：DSP芯片硬件上为什么要采用MAC、EXP等特殊的单元电路？为什么指令系统中需要设计MAC、EXP等特殊指令？要消除这些疑问，在授课的过程中须经常提到DSP芯片是为数字信号处理算法而设计的，在这些算法中，要经常用到乘累加等运算，采用MAC这样的硬件单元可以在1个机器周期内完成一次乘累加运算，而正因为有了这样的硬件，在指令系统中才能设计MAC这样的单周期指令。如此介绍，可以理清学生学习的头绪。
（3）突出教学重点。DSP课程教学要做到面面俱到非常难，这样也很难取得好的教学效果。在DSP课程之前学生已经学习了微机原理、单片机等相关课程，这些课程内容与DSP有一些共性的东西可以稍稍提及。而对于能体现DSP特点和优势的知识点要做详细讲解，如在讲解寻址方式时，立即寻址、绝对地址寻址等常见方式可以简要介绍，而对于特殊的寻址方式如循环寻址和位倒序寻址则需要重点介绍。
（4）结合实际案例讲授。某些内容的授课需要结合实际案例才能讲解透彻，如在介绍软件开发过程这一内容时，如果不结合一个实际案例进行讲解，将汇编、链接及运行过程等内容都分裂开来介绍，学生将会难以理解。通过实际案例则可以将整个开发过程紧密地联系在一起来介绍，能够增加学生的学习兴趣，让其在解决问题的过程中一步步把软件开发的步骤掌握住。
3改进DSP课程教学方法
（1）增加教学过程中的互动，提高学生的学习主动性。在教学过程中适时设置问题，可以采用提问和简短课堂作业方式，学生不是一味被动的接受，在寻找答案的过程中转而主动去学习，提高了教学的效率。
（2）自行开发多媒体课件。DSP课程适合采用多媒体教学，虽然有些教材提供课件，但这些课件把大量的信息放在课件中，授课过程中学生只能被动接受，从而产生厌烦感觉，失去学习的兴趣。因此，授课课件务必结合讲义自行开发，以求做到简明扼要地介绍课堂讲授的内容，对于需重点介绍的内容，应该增加实例，将图表通过多媒体动画演示，使其变得通俗易懂，从而提高学生学习的兴趣和积极性。
（3）增加实践教学内容比重，将科研融入教学过程。在实践课时较少甚至没有的情况下，结合科研实际案例，将DSP方面的科研成果介绍给学生，将科研开发中遇到的问题和解决方案穿插在课堂进行讲授，使学生对DSP应用系统的开发有感性认识，并对学生的课外实践提供指导。
（4）改革考核方式。DSP课程是实践性很强的课程，单纯的试卷考试很难考核学生对该课程的掌握程度。应当着力研究试卷考核的内容和形式，如可以采用开卷形式，主要考核学生对知识的理解和掌握情况，而不是考一些“死记硬背”的内容。同时，可以增加实践能力考核内容，将其作为最终成绩的一部分。
DSP课程范文篇2
目前越来越多的工科院校开设了DSP课程，但是在许多高职院校，DSP课程却是最年轻的课程之一。无论在教材选取、教学内容，教学方式、方法，还是考核方式上，都带有一定的盲目性。为使学生掌握新技术，提高专业技能，提高就业竞争能力，我院通信专业开设了DSP课程，笔者结合教学实际，对DSP课程开设进行了有益的探索。
二、教学目标
2.1知识目标通过DSP课程的学习，使学生了解DSP的发展状况和应用领域，掌握DSP的基本硬件结构特点和集成开发环境CCS的使用，学习DSP的硬件设计和软件编程的基本方法，学会利用实验设备进行DSP系统软硬件开发，为后续的课程设计和毕业设计打下坚实的基础，为今后从事数字信号处理相关工作做准备。
2.2能力目标使学生在实践中提高动手能力和自学能力；通过分析、综合、探究等活动，培养学生探索求真知的精神。
三、教学实施
3.1先修课程数字电路、计算机原理。
3.2课时分配DSP课程的重要特点是偏重应用，所以采用讲授与实验相结合进行教学，共64课时，讲授约占总课时的1/3，其余都是教师演示实验或学生实际操作和摸索。
3.3教学形式由于课程的实践性强，我们采用了直接在实验室结合实验装置进行教学的形式；由于课时紧，我们采用多媒体教学，制作了媒体课件，例如DSP的内部结构、流水线操作、数据流图、程序流程等等很难单纯用语言文字讲清楚的内容，可以用多媒体课件的形式来很好地展示，使得学生在有限的课时内学到更多的知识。
3.4教学内容
3.4.1理论教学内容①DSP技术知识（如IIR、FIR滤波，FFT变换等）；②DSP芯片的产生、特点、应用、发展前景；③DSP芯片，重点是TI公司54x系列的硬件结构介绍，包括CPU结构、存储器空间分配（程序空间、数据空间和I/O空间）和寻址方式、在片外设（时钟、定时器、串行/并行口、中断）、增强性外设（HPI、McBsp、DMA）、自举加载等；④DSP汇编语言指令；⑤DSP最小系统的硬件电路介绍。
3.4.2实践教学内容我系实验室购置了长沙三知电子有限公司研制的SZ-DSPⅡ多功能综合实验开发系统平台，该实验平台以TI的TMS320C5402的DSP为主体芯片，采用模块化设计，实验系统中的语音处理模块，A/D采样模块、D/A转换模块，CPLD、异步串口/同步串口模块，直流、步进电机模块，键盘、数码管、液晶屏、LED及按键等资源全部向学生开放。不仅可以进行验证性实验，也可开展丰富的设计性实验，并能一直延伸到综合设计等创新性实验课题。①CCS、实验平台启动实验：使学生熟悉实验箱中各个模块的功能和使用，熟悉CCS集成开发环境的使用，为后续课程的开展做好准备。②基础实验：基础的验证性实验可以激发学生的学习兴趣，使学生进一步熟悉DSP汇编编程的基本结构，理解和掌握汇编语句的意义和用法。分为硬件实验和软件实验两类。硬件类包括I/O实验、数码显示实验、同步串口、A/D、D/A转换实验、事件管理器实验（定时器实验、定时中断实验）等。软件类，包括基本算数运算实验、存储器实验、浮点数与Q15之间的数据转换、FIR滤波实验、实数FFT算法实验。③综合设计实验：通过该系列实验，提高学生综合DSP软件和硬件知识的能力，为课程的拓展奠定坚实基础。包括DSP实现交通灯控制实验、DSP实现电机的控制和显示实验、DSP实现调频信号源等。④课程设计要求：充分利用DSP资源设计出一具有完整功能的实验。学生可以自选课堂上介绍的一个或多个模块组成一个简单的应用小系统，复杂的系统可以多人分工合作。实验时间开放，进实验室前，必须做好软、硬件设计。这样不仅进一步锻炼了学生的动手能力，也提高了学生查阅资料的能力，引导学生有效地利用网络资源。同时也希望锻炼团队合作精神。本课程还安排了相关的职业资格证书考核并将课程延伸到毕业设计中。
3.5考核方式本课程实践性很强，在考核方式上偏重于实践环节，笔试采用开卷方式，占40％，实验占60％。其中基础实验占20分，主要由平时实验的表现、效果决定，综合设计实验占30分，综合设计实验的实验报告占10分。
四、课程开设意义
我院05级、06、07级通信专业学生在二年级的下学期开设了DSP课程，实践证明该课程的开设具有重要意义：
（1）教学内容的延续性：DSP实验平台是相关课程的一种综合运用和提升。《数字电路》、《模拟电路》、《计算机原理》、《信号与系统》、《通信原理》等课程群建立的知识体系，可以通过DSP实验平台实现综合应用，并在应用技术层面得到有效提升，从而形成对课程群课程知识的综合运用。
DSP课程范文篇3
1.1精选课内实验内容，改进验证性实验增加综合性、设计性实验
传统DSP技术实验教学内容偏重于验证性实验，如，DSP的存储器实验、外中断实验、定时器、计数器等实验，这些实验主要是验证教学过程中的结论，验证性实验较多不利于激发学生的学习兴趣和热情，要想培养学生的应用开发能力，首要任务是培养学生对DSP技术的兴趣。激发学生的学习兴趣，就需要改革实验教学，在验证性实验的基础上添加要求学生自主设计并完成的扩展功能，抓住每一个小点培养学生的创新精神。如在定时器实验中，学生可以自己编写程序添加外中断，通过自主选择控制交通灯或LED屏幕等硬件，从而比较两种中断的优先级，并总结中断的触发，以及中断的应用。学生通过独立思考解决问题，掌握了知识点，也锻炼自己解决问题的能力，还能增加学生的成就感，从而激发对课程的兴趣。除改进验证性实验之外，增加综合性实验，如将DSP与数字信号处理相结合进行FIR、IIR滤波器实验、LMS滤波器实验，与通信原理相结合进行数字幅度调制、频率调制，与语音相结合进行实时语音信号压缩及解压实验，实时语音FIR滤波实验，实时频谱分析实验等，不仅要求学生清楚算法，而且要求学生在了解DSP特点的基础上实现该算法。综合性的实验有助于培养学生自主学习，综合运用已有的知识解决实际问题的能力。
1.2调整实验结构，先易后难D
SP是DigitalSignalProcessor的缩写，即数字信号处理器，实现数字信号处理算法的专用或通用芯片。学习DSP技术除了要求学生掌握DSP硬件结构、汇编指令系统和开发平台外，还要求学生掌握数字信号处理算法，进一步要求学生能在一个DSP开发板上进行相应的拓展开发。对于大部分学生来说，在进行DSP实验时，除了学习复杂的硬件结构以外，还要学习很多生涩难懂的汇编指令，使用汇编指令要求非常严格，任何细小问题会导致程序出错，而问题的查找同样困难，学生很难很快上手。传统实验一开始就使用汇编指令，会让很多学生产生挫败感，进而失去兴趣，严重影响教学效果。调整后实验的编程部分先从C语言入手，逐步过渡到汇编，根据汇编语言方便操作硬件、效率高而C语言编程容易等特点，将两者进一步融合进行混合编程。如在完成ccs入门实验之后，先利用C语言进行外中断实验、定时器实验、模数/数模实验以及与设备相关的实验，逐步熟悉汇编，最后进行纯汇编的滤波器实验，以及FFT实验。由于学生已具备了C语言的基础，有利于学生熟悉了DSP的硬件结构，在熟悉DSP的硬件结构过程中，逐步熟悉汇编。
2卓越课程实验教材建设
实验是理论学习的延生，学生通过实验不仅能够验证理论知识，反过来也加深对理论知识的理解，进而能利用已学的理论知识解决实际中的问题。实验教材的好坏也直接影响到教学效果，进而影响到人才培养质量，要培养学生的实践创新精神，那么实验教材也要根据学生的情况进行创新。传统的实验指导书注重知识的传递，忽视对学生自主学习、独立思考能力的培养。从内容的组织上，不仅详细描述实验原理，给出了详尽的程序代码，而且写出了详细步骤，每一个步骤应出现什么样的结果都描述得非常清晰。这种形式对于能自主学习的同学固然是好，但对于另一部分缺乏学习主动性的学生来说，既不学习实验原理，也不看程序代码，直接按照实验步骤一步一步做，如果得到正确结果则好，如果不是正确结果，很少自己去思考为什么是这样的结果，或者如果失败，那么失败的原因是什么。学生只是被动地参与实验，因为都是根据实验指导书步骤进行的，不知道为什么要按照这个步骤，如果不按照这个步骤会出什么问题，在缺乏自主学习、独立思考的情况下，出了问题只有问老师或同学，很多同学下次若遇到类似的问题仍然不知如何解决。针对传统实验指导书的问题，卓越课程的实验指导书在形式和内容上均进行较大改进。（1）实验指导书中实验原理部分，在讲述实验原理的过程中，巧妙设置填空题、问答题、思考题，要求学生在实验之前完成，由此可强迫学生在实验前的对实验原理进行预习，学生一边看一边思考，最后对实验原理有较深的理解。（2）实验程序部分，逐步要求学生自己编写。仅靠实验课的时间是完全不够的，所以程序的编写也作为学生预习的一部分，在课前完成。有了实验程序后，DSP实验的步骤就很简单，主要就是将程序编译链接后下载到DSP芯片运行，调试解决实验中出现的问题。实验的关键是在对硬件结构的理解的基础上学习如何利用程序去控制硬件或实现相应的算法，所以实验程序部分，应逐步提高学生编程能力,进而提高学生的应用开发能力，DSP技术卓越课程实验指导书的程序部分这样处理：依照实验的顺序，先给出程序，逐步改为给出部分程序，最后要求学生能根据程序流程图写出实验程序。实验报告要求学生写出算法流程、程序代码、实验结果，并且分析实验结果的原因，如果正确，为什么是这个结果，如果不正确，问题出在哪里，通过修改后结果如何，对于这个实验还能从什么方面进行改进，从而引导学生科学地进行实验，并养成勤于思考的习惯，有利于培养学生的实践创新能力。
3卓越课程实验方式———实验课程实验室和口袋
实验室相结合传统的实验课程是集中在实验室内进行，大多在一次课内完成，由于学生的差异性，在一次课内，必然有的学生提前完成，而在课后又没有得到进一步的训练，知识不能巩固和深入。有的学生到下课都没有做出来，达不到实验教学的效果，导致实验效果参差不齐。为改善实验效果，本卓越课程实验在传统实验箱的基础上，给每个学生配置了一块DSP的开发板以及仿真器，只要安装了CCS软件，就能在宿舍或开放实验室进行实验了。不仅能够帮助学得慢的学生完成课内要求的实验内容，也能帮助学生们进行创新设计和开发，提高学生的创新能力。
4与课外实践体系相结合培养学生应用开发及创新能力
卓越课程是以提升学生的应用能力，培养实践创新能力为目的，若只靠单独的一门几十课时的课程，很难达到卓越课程的目的。为此，改革培养方案与课外实践体系相结合从以下几方面继续加强学生对DSP技术的应用开发能力并培养学生的创新精神。
4.1增加课程设计
在理论课程结束后进行为期一周的DSP的课程设计，要求学生以组为单位，利用DSP进行开发。学生自主选题，小组合作完成，这两年来学生的选题多样，有算法类的滤波器设计，游戏类的贪食蛇、推箱子，也有计算器、万年历、电子照片显示等。大部分小组能够在指导教师的引导下，通过查找资料，确定实施方案，小组内分工环节的圆满完成设计。通过课程设计可以培养学生分析问题、解决问题的能力以及团队合作的能力。
4.2增加课外能力拓展课程
传统的教学，以单独的课程教学为主，学生虽然掌握了理论，却不知如何应用，知识仅仅停留在理论层面，对于自己能做什么学生很茫然，缺乏自信。为拓展学生的专业能力，锻炼学生的开拓创新能力，我校通信工程专业从第二学期到第七学期在开放实验室的开展课外能力拓展课程，而第六学期的拓展课程则专门安排自主选题，利用DSP完成相应的设计。学生从选题，选择方案，论证方案具体实施，调试，书写设计报告等过程，提高学生的应用开发能力，也增加学生的成就感，使其更有自信。
4.3与后续的课程进行结合
DSP技术是一门课程，更是一种技术，是可以实现数字信号处理算法的处理器。将DSP技术和后续的课程有机联系起来，如数字语音处理，实现语音的录放，语音的压缩编码等。在实现过程中，既能加深学生对后续课程理论的理解并加深DSP技术的应用，也提高了学生应用开发能力和实践创新能力。
4.4毕业论文加强
DSP课程范文篇4
电子信息工程是国内高校中开设数量较多的一个专业，社会对该专业的学生需求量大。如何使电子信息工程的人才培养真正形成特色、让学生能力更强是值得共同思考和探索的问题。结合多年教学实践经验和社会信息反馈，我们认为树立并强化培养方向是电子信息工程专业人才培养的重要问题，让学生明确学习的每门课程有什么用、经历的每个教学环节对其有什么提高、以至于明白毕业后能够干什么。具体到专业方向课程设计而言，其组织实施要以整个专业的培养方向为指导，并最终服务于既定的人才培养方向，这也是专业方向课程设计在教学中能否发挥应有作用的关键。
1．1电子信息工程专业的培养方向初探
电子信息工程专业旨在培养具备扎实的电子技术和信息系统的理论基础知识，知识面宽，实践能力强，能从事电子及信息系统的研究、设计、制造和应用工作，富有创新精神的宽口径高级工程技术人才。知识面宽容易使学生产生困惑，往往形成“什么都学又都学不精”的印象。让学生的学习具有方向感，明白学习的众多课程之间有什么关系，学完之后能够具备什么能力，通过树立培养方向去除学生的这些疑问。从电子信息工程的专业名称及培养目标来看，该专业主要由“电子”和“信息”两方面构成;当然二者是不能简单分开的，但在学生培养过程中可有所侧重，即形成偏重于应用电子类和信息处理类的两大方向。应用电子方向强调学生在硬件方面的能力，通过电路、电子技术、微机原理、单片机、DSP、嵌入式系统、EDA等课程的学习和实践，以电子系统的设计开发为发展方向。信息处理方向则强调算法开发与软件编程能力，以信息处理与信息系统开发为主攻方向，重点课程包括信号与系统、数字信号处理、语言信号处理、数字图像处理、模式识别、计算方法、高级语言编程、数据库等。上述大部分课程都是电子信息工程两个方向的公共课，两个方向是不能截然分开的。
1．2课程设计的方向把握
对于电子信息工程两个不同方向的学生，专业方向课程设计的组织实施是分开进行的，即分成应用电子技术方向课程设计和信息处理方向课程设计，这两类设计课程都安排在学生修完各方向的主干课程之后。课程设计题目的拟定要体现方向性，如应用电子类的题目可设定为小型电子系统的开发设计，如“室温控制系统”、“智能小车”等的设计开发，信息处理类的题目如“语音识别”、“人脸识别”、“车牌检测”等。学生根据个人兴趣和知识结构确定不同的发展方向，选择相应的专业方向课程设计题目。完成各方向的设计题目需要的实验条件是不同的，相应的成果形式、成绩评定方式也不尽相同。
2专业方向课程设计实施实例
电子信息工程信息处理方向注重算法开发与编程实践，主要研究利用信号处理、图像处理与模式识别等信息分析处理手段及编程工具进行相关信息系统的开发设计，专业方向课程设计中常采用图像处理类的设计题目。数字图像处理是电子信息工程的专业课，同时也是一门综合性学科，其内容多、跨度大、覆盖面广，主要学习应用计算机对数字图像进行分析和处理的基本理论、方法。要求学生在掌握有关图像处理和图像分析的基本概念、基础理论、典型方法的基础上，掌握一定的编程实践技能［5－6］。充实设计内容并改进组织形式，通过课程设计促进学生对知识的掌握和应用能力的提高。
2．1图像处理类课程设计的拟定思想
图像处理类课程设计要突出两方面的内容，一是对图像处理基础理论的巩固提高和解决实际问题的能力训练，二是至少熟练掌握一门编程语言、选择适当开发平台实现具体的图像处理算法［7］。为此在题目选择、设计方案制定等方面应考虑以下几个问题。
(1)设计题目的选择。课程设计不同于教学过程中的实验，与之相比要更加突出设计性和综合性;而从工作量和难度上讲低于毕业设计。题目不能太大太难，必须是学生经过认真思考、查阅资料和分组讨论，利用所学知识能给出解决方案或提出思路。设计内容要突出实用性，可以是实际问题的简化。解决问题需要综合应用图像处理多方面的知识点，但要避免图像处理算法的简单叠加，讲究合理应用。
(2)开发平台的选择。针对具体的应用实例可以采用不同的开发平台，如利用普通计算机下的Windows或UNIX平台、利用DSP、FPGA或其他嵌入式开发平台。
(3)编程语言的选择。图像处理中主要的编程语言是VC和Matlab，二者优缺点都非常突出。VC功能强大但要做到熟练使用难度较高，Matlab中有图像处理工具箱、包含了大量可直接调用的图像处理函数，应用简单但程序运行速度偏慢。不同的设计题目可能适于在不同的开发平台下选择不同的编程语言来解决［8］。题目设计时不仅要考虑题目自身的难度，还要兼顾各开发平台及应用不同编程语言的难度差异，比如在Windows下应用Matlab可以选择难度稍大的题目，而使用DSP或VC的设计题目相应要简单一些。
2．2课程设计范例—基于DSP的车牌检测
按照课程设计大纲的要求，考虑到具体设计中的多方面因素，实际教学中设计了多个题目，学生可以根据自身知识水平及兴趣爱好进行选择。现举一个具体实例，借以说明图像处理课程设计的组织管理过程。车牌定位是进行车牌自动识别的前序步骤，定位结果对车牌的识别会产生决定性的影响。设计的主要内容是综合运用所学的图像处理及相关课程的知识，建立基于DSP图像处理综合实验平台的车牌检测定位系统。
(1)设计要求与指导
布置题目，给学生下达课程设计任务书，同时提供课程设计指导书，让学生明确设计题目要解决什么问题、具体完成哪些内容，以及大致的解决思路。该设计题目要求在DSP平台下完成，完成该题目的关键在于两点，即车牌检测方案的制定和DSP平台下的编程［9］。制定车牌检测方案首先要对含有车牌的图像进行分析，找出车牌区域有别于其他区域的特点，然后根据这些特点及所学图像处理知识设计检测方法。为了便于进行车牌检测，通常还需要对图像进行预处理以提高图像质量。要在DSP平台下完成该设计，必须熟悉DSP的开发环境，同时具备较强的编程实践和算法开发能力。与学生进行初步的沟通，使其明确要完成该设计题目，可以从如下几个方面入手。①分析车牌区域的特点及与图像中其他区域的主要差别。②设计车牌定位的实现方案，主要包括图像的预处理(如平滑、锐化、消除光照不均匀等)、车牌边缘提取、干扰区域抑制、牌照搜索与截取等。③利用DSP实验系统编程实现设计方案，处理结果要求实现车牌区域的自动截取。
(2)组织协调与方案制定
承担设计的课题小组选出组长负责课题分工及组员间工作的协调。课题组长选择平时成绩较好、组织协调能力强的同学担任。组员分工以能圆满完成课题任务为原则，兼顾个人特长和兴趣爱好。如动手能力和编程能力强的同学可主要负责DSP平台下图像编程工作，理论知识掌握得比较好的同学可主要负责算法分析与流程设计。当然，分工时也可以考虑有针对性地进行“补短”，通过课程设计促进各方面知识和能力的全面提高。针对车牌检测这一问题，课题小组制定了处理流程。即首先对采集到的车牌图像进行预处理，以降低噪声干扰;然后根据车牌区域的灰度特点选择适当阈值将图像二值化;提取图像边缘，并可利用数学形态学的开闭运算或自定义模板中值滤波进一步去除干扰;牌照区域搜索利用投影法，即通过检测图像向水平和竖直两个方向的投影数据确定车牌区域;最后根据投影检测的结果截取车牌子图像［10］。
(3)算法设计与编程实践
根据处理流程，分工实现各步处理算法开发与代码编程。经过程序调试及对多幅车牌图像的测试改进算法，以逐步提高车牌检测的可靠性和算法执行效率。采集到包含车牌的图像，经过预处理、二值化、边缘检测、投影法定位，最终得到车牌子图像，为后续针对车牌的识别分析等工作做好准备。
(4)设计总结
学生根据自己所做的工作对课程设计进行总结，提交课程设计报告。设计报告重点反映个人所做的工作，交待清楚课题背景和设计内容、方案选择与理论分析、方案实现方式、结果分析以及设计总结等内容。
3结束语
DSP课程范文篇5
为适应社会经济与科学技术发展的需要，教育部在2007年下发的《关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》(教高〔2007〕2号)中提到，必须从综合优化的角度开展课程体系及教学内容的改革，建立与经济社会发展相适应的课程体系，课程群建设即是上述综合优化式的教学改革方式之一。所谓“课程群”，即是指将若干具有关联性与衔接关系，能够相互支撑、补充或强化的单门课程通过优化整合后形成的课程群体［1］。自1990年北京理工大学首次提出“课群”(课程群的前期称谓)的概念开始［2］，国内高校相继开展了各类课程群的教学改革与建设，最近几年呈现迅速发展的态势，涌现出许多优秀的课程群建设案例。以信号处理课程群为例，如2008年重庆大学信号与信息处理课程群建设［3］，2010年长沙理工大学基于CDIO的信号处理课程群教学改革［4］，2012年安徽建筑工业学院基于创新实践体系的信号处理课程群建设［5］，以及2013年中国矿业大学树状交织模块化信号处理课程群体系［6］等。这些案例大部分是针对电子信息专业或电气信息大类专业进行建设，具有一定的普适性;由于各专业的人才培养目标略有不同，在课程设计及教学重点上也存在一定差异。以电子信息工程专业与通信工程专业在信号处理类课程设置上的区别为例，电子信息工程专业的信号处理课程群一般设置有信号与系统、数字信号处理、语音信号处理、数字图像处理、DSP技术和嵌入式技术等，这些课程大多都属于电子信息工程专业的核心主干课程，课时量大，逻辑衔接非常紧密，其中信号与系统和数字信号处理属于基础类课程，语音信号处理和数字图像处理属于应用类课程，而DSP技术和嵌入式技术属于实现类课程。上述课程设置方式与文献［3］－［6］的课程群建设方案基本一致，可以将其作为电子信息工程专业信号处理课程群设置的参考范例。而通信工程专业的信号处理类课程中通常仅有信号与系统和数字信号处理属于核心主干课程，由于信号处理技术的应用与实现并不属于通信工程专业的重点培养目标，因而应用及实现类课程多为选修课程，课时量安排较少，对学生掌握程度的要求相对较低;在信号与系统、数字信号处理等基础课程的教学内容选取方面，则必须要考虑与通信工程专业其他主干课程的衔接关系，如通信原理、通信电子线路以及移动通信等。因此，照搬现有的案例并不可行，需要结合学校实际及通信工程专业的具体情况构建适合的信号处理课程群，才能使其与通信工程专业的整体课程架构紧密契合。
二、本校通信工程专业信号处理类课程设置及存在的问题
通信工程专业的信号处理类课程设置如表1所示，其中信号与系统、数字信号处理和MATLAB仿真及系统实现属于专业必修课程，数字图像处理、DSP技术及应用和综合技能实践属于选修课程，目前这些课程在实际教学中主要存在以下几方面问题:
(一)关联课程在部分教学内容上重叠或逻辑衔接不够紧密
例如，信号与系统和数字信号处理在教学内容上的交叉部分为离散时间系统的时频域分析，利用差分方程和Z变换求解离散时间系统的响应或系统函数是信号与系统的重要知识点，也是数字信号处理的基础知识，在课程群规划之前各门课程单独设置授课学时，因此都花费相当的课时数重复讲授该部分内容。又如，信号与系统中的傅里叶变换是时域和频域转换的桥梁，在常用信号的傅里叶变换一节中仅用一个公式简单描述正余弦信号的频谱表达式，因此在教学中通常被一笔带过，很少详细讲述该表达式的物理意义，而这正是调制与解调的理论基础，在后续的通信电子线路、通信原理以及移动通信等课程中将被反复提及和运用，学生却因为印象不深刻而对此概念不甚理解，从而影响了对后续专业课程的掌握。这些都是没有充分利用课程内容间的逻辑关联进行相互支撑和强化的典型案例。
(二)应用类课程偏重理论体系的完整性而忽略其实践价值
DSP技术及应用课程讨论数字信号处理的硬件实现，是将理论联系实际的平台，而以往的教学通常利用大量的课时讲授DSP器件的结构特征、软件体系和编程方法等，具体应用也只局限于IIR和FIR数字滤波器的硬件设计，学生没有机会体验和实践DSP技术在实际应用中的强大功能。而数字图像处理课程被设置为纯理论课程，主要讲述数字图像的基本概念、数字图像形成的原理，要求学生掌握数字图像处理的理论基础和技术方法，由于缺乏软件或硬件实践课程的支撑，学生很难将所学知识应用到未来相关领域的工作和科学研究中。
(三)实验教学从属于理论教学，按单门课程独
立设计教学内容，偏重知识的横向联系，体现不出实践教学本身的连贯和系统性例如信号与系统、数字信号处理和MATLAB仿真及系统实现三门课程的实践教学均采用MATLAB仿真软件，却都要花两至三个课时学习MATLAB基础知识。另外，现在的实验教学还存在其他诸多方面的问题，如实验教学内容简单、陈旧，多为验证性实验，开放型和研究型的综合设计实验太少，达不到锻炼学生创新能力的效果;实验设备的利用率不高，买回来的新设备两三年都没有在教学中得以应用;综合技能实训名不副实，一周或两周的实训课程只需在网上搜索一份类似的课程设计报告就可以拿到学分，学生得不到真正的锻炼。
(四)在理论和实践
教学中仍采用传统单一的教学模式，教学效果不佳例如信号与系统、数字信号处理等基础课程的理论教学一直沿用黑板授课方式，大量图片和演算都依靠板书展示，使得课堂效率不高。因此，将经典教学法与多媒体以及仿真教学相结合是信号处理类课程教学改革的必然趋势，也是课程群建设的首要任务。在实践教学方面，单一的演示和验证方式已经无法满足实践创新的要求，在很大程度上限制了学生主观能动性的发挥，不能真正完成“实践能力”的培养任务;实践内容与“实际”联系不紧密，学生的感性认识得不到加强，不利于将学到的知识应用到实际领域，更不利于他们直接获得与现实要求相应的职业能力。
(五)教学评价机制缺位
对于理论教学质量的评价方式仅以考试和考查区分，学生为获得学分死记硬背、临场发挥的学习方式无法将知识内化，使个人能力没有得到真正提升。对于实践能力的考查，更没有统一的评价标准和考核指标，学生不重视实践课程的学习，更谈不上激发他们在实践中改革创新的积极性，相反存在着一定的制约倾向。
三、课程群体系重构及教学改革
基于上述问题，面向通信工程专业的信号处理课程群教学改革不仅需对现有理论教学和实验教学中存在的弊端进行针对性改革，还应对教学模式和教学评价机制等进行全方位建设，下面就上述几点进行详细阐述。
(一)理论教学内容的优化与整合
对于理论教学内容改革的关键是利用课程群知识结构的关联和承接性对相关教学内容进行优化与整合。例如，上文中提到信号与系统和数字信号处理两门课程在Z变换相关教学内容的重复问题，可以考虑将离散系统的时频域分析放在信号与系统课程中，以三大变换(傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换)为线索，研究信号通过系统进行传输、处理的基本理论和分析方法;而数字信号处理的重点则放在两个傅里叶变换(离散傅里叶变换DFT和快速傅里叶变换FFT)和两种数字滤波器(无限脉冲响应数字滤波器IIR和有限脉冲响应数字滤波器FIR)设计上。在课程群间的逻辑衔接问题上，在信号与系统和数字信号处理这类基础课程的讲授中，如果涉及到与通信系统相关的基本理论时，应多花时间进行讲授和引导，为日后其他专业课程的学习打好基础。鉴于通信工程专业的DSP技术及应用课程为选修课程课时量不多，可将该课程定位为应用实践课程，在理论部分主要结合现有的DSP实验设备资源，以TMS320DM642芯片为基础，讲授它的片上资源及相关设计即可，无需花太多时间系统介绍DSP的结构特征和编程技巧等。
(二)实践教学内容的优化与整合
对于课程群实践教学内容的优化与整合，按照各门课程实践教学内容的性质和关联性，提出了如图1所示的综合实践教学方案，分为软件实验、硬件实验和综合设计实验三个模块。软件实验MATLAB应用基础信号与系统模块数字信号处理模块{通信系统仿真模块硬件实验数字滤波器设计模块图像处理模块{音视频通信系统模块综合设计实验网络视频安防系统IP可视电视设计{视频点播机顶盒设计等图1基于课程群的综合实践教学设计在软件实验部分，考虑到信号与系统、数字信号处理和MATLAB仿真及系统实现这三门课程的实验平台都是MATLAB软件，并为确保信号与系统及数字信号处理这两门基础课程充足的理论课时，将它们的实验部分去掉，统一整合到MATLAB仿真及系统实现课程中，整门课程分为MATLAB应用基础、信号与系统的时频域分析、数字滤波器设计以及基于SIMULINK的通信系统仿真四部分，通信系统仿真部分要求学生能够掌握MATLAB软件在通信系统中的运用，学习各种基本的通信系统的数学建模与计算机仿真方法。在硬件实验部分，将数字图像处理和DSP技术及应用两门课程做有机结合。现有的DSP教学实验设备是闻亭公司的TS－DM64X实验箱，该实验箱集成的DSP芯片为TMS320DM642，这是一款高性能的数字信号处理器，片上带有丰富的音视频硬件资源，具有多种接口，可应用于音视频、网络和信号处理等方面。因此，可加大DSP技术及应用课程的实践教学比例，在实践教学中融入图像处理基础实验和音视频通信系统实验等。而在综合设计部分及综合技能实训课程中，则侧重引导学生将信号处理类课程的理论知识应用到通信系统的相关设计中，希望学生以小组形式完成一些综合性的系统设计，如网络视频安防系统、IP可视电话系统等。
(三)在理论教学和实践教学中采用多元化教学模式
将多元立体化的教学模式应用到课程群教学中是改革的必然趋势。在理论教学方面，将传统教学、多媒体教学、网络教学以及科学软件仿真相结合，根据教学内容需要以及学生对知识的接收度实施灵活多样的教学模式。在实验教学方面，通过有效利用现有的实验设备资源，采用硬件实验和计算机仿真实验相结合的方式，构造多样化实践平台。在实验教学实施的过程中，对不同的项目任务、不同的完成阶段，采取不同的教学模式，如基于工作过程的教学模式、自主式实验教学模式、参与研究式实验教学模式以及校企联合培养教学模式等。1．基于工作过程的教学模式:是以工作过程为导向，构建与工作过程相适应的专业课程体系，分析工作过程中涉及的知识与技能，设置或模拟工作过程情景组织教学，使学生获得职业岗位或岗位群职业能力的新兴教学模式。2．自主式实践教学模式:在实践过程中由几名学生组成研究小组，在教师的指导和引导下“自行”选择的研究项目，要求学生自己查阅文献，验证项目的可行性和先进性，自己撰写论文和报告，通过这样的模式突出学生在教学中的主体地位，从而培养学生自主分析问题、解决问题的能力，并以此提升他们的创新意识和团队精神。在自主实践环节，教师应从知识的提供者转变为学习的引导和启发者。加大实验室开放力度，加强各类竞赛、学生社团、兴趣小组、科技创新、自由创作等课外实践活动，并将学生的自主实践成果纳入实践能力的考核范围。3．参与式实践教学模式:教师可将与课程相关的科研课题引入到教学中，根据学生的能力节选部分科研内容作为课程实践内容的拓展。该模式主要提高学生的专业素质，促使学生了解学科的先进知识，在真正的科研课题中将课本中学到的知识学以致用，并在实践中提高学生的创新思维和科研能力，为实现自主创业打下良好基础。4．校企联合培养教学模式:加强与企业的合作，开办教学改革实验班，为企业培养各种定向的高级应用型人才;加强与相关职业资格认证部门的合作，在实践教学环节增加各种职业资格课程，要求学生在校期间选修一到两门，并取得相关的职业资格认证;加强实习基地建设，要求学生在实习期间到企业顶岗实习，参与企业相关产品研发，毕业论文选题应与企业中的真实案例相关，实习期间的考核评价由企业相关指导人员负责等。总之，信号处理课程群是一个理论和实践教学的综合体，在教学过程中切勿将两者分离。
(四)构建多元化教学评价体系
建立和实施以综合能力与创新能力为主的全程考核多元化教学考核体系，建立可持续评价机制，重点考核学生综合运用所学知识和技能，创造性发现问题、分析问题、解决问题的能力，保证课程目标的实现，使学生专业技能和创新技能以及创业能力得到提高。在考核机制中，要避免只注重结果、不注重过程的考核办法，教师要跟踪学生的整个学习过程，每个阶段都要和学生交流，及时反馈，并对该阶段学生的成果进行考核，最后给出综合成绩，以促使学生在教学的各环节都能得到锻炼。
四、课程群教学改革对教师的挑战
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教学中要注重教学方法和手段的推陈出新，充分调动学生的积极性和创造性，强调基本概念和原理的正确理解，教学中应特别注意以下几个方面。
(一)优化教学方法上好“绪论”课，以知识的应用提升学生学习兴趣。目前，有相当一部分学生“信号与系统”学得不好，主要原因是学习积极性不高，看到满篇的公式就害怕，由此对课程学习失去信心。针对这种情况，教师要在提高学生学习兴趣和主动性方面下功夫。教师需用启发式教学取代以教师、课堂、课本为中心的灌输式教学。可利用“绪论”课激发学生学习热情:利用多媒体着重介绍数字信号处理在通信、语音和图像处理等领域的应用实例，如，手机的DSP芯片、门禁系统、心电信号滤波、数字图像处理、视频监控、微信等，让学生明白该课程的重要性及其应用领域，提升学生对数字信号处理的兴趣与学习积极性。在教学过程中灵活设置教学情境，增加互动环节，多做一些设计性实验，拓展思维、增强信心。淡化公式推导，着重强调概念的物理意义和联系。由于教材中大部分定理和结论是通过推导得出的，一些学生过于注重公式推导或证明。其实，授课时只需详细推导典型公式，把一些重要的公式讲清楚，类似的内容可让学生课后自学。课堂上教师要尽可能淡化推导和解题技巧，强调所得出结论的物理意义和工程应用，将抽样、频谱分析、滤波等工程应用案例穿插于理论教学中，让工程应用成为“数字信号处理”教学中的主线，做到数学概念、物理意义、工程应用三者并重，［4］提高学生学习这门课程的兴趣，增强学习的目的性和主动性。突出重难点，灵活采用多种教学方法。教学过程中分清主次，重难点内容重点讲、详细讲，较简单的或应用不多的内容则少讲或让学生自学。教师根据教学内容灵活选取不同的教学方法，如案例法、比喻法、对比法等，［5］通过分析和归纳总结的方式优化教学方法，分解复杂问题。如，讲授线性卷积时，将待卷积的两个序列看作站成两排等待领导接见的群众，而卷积运算过程相当于领导和所接见群众依次握手的过程。教师要善于运用幽默形象的语言和高超的艺术，把抽象而枯燥无味的知识变得生动有趣。巧用对比法。对比法能潜移默化地引导学生将相近或相似的概念和方法进行小结、比较和分析，不仅能更好地理解不同内容之间的共性和个性，而且能够培养发散思维能力，提高学习效率，如图2，将ZT、DFS、DTFT、DFT几种变换通过图表来比较，清晰地展现常见变量间的关系，避免混淆。为了让学生对所学知识之间的联系、用途有清晰的认识，可利用“知识树”的形式把每个章节的重点层层分解，将所学知识点和应用联系起来，便于归纳和总结(如图2)。讲解IIR和FIR滤波器设计时，先向学生讲清为什么要设计数字滤波器、有哪些应用、设计数字滤波器需要用到哪些知识。这样，学生会自然而然地把所学知识点联系起来。关注师生交流和信息反馈，重视因材施教。教师要根据不同专业和学生基础等方面的差异，在讲课方式和侧重点上有所区别。教师要及时掌握学生的学习动态，调整教学内容和方法，帮扶“学困生”，提升“优等生”。
(二)改革课堂教学模式传统与现代教学手段并用。运用多媒体教学能使抽象难懂的教学内容形象化、直观化，提高教学效率。［6］但在实际的“数字信号处理”课程教学中，过多地采用多媒体教学，教学效果并不理想。课堂中灵活运用黑板板书、多媒体课件、Matlab或LabView软件演示，可增强师生互动。［7］难一点的公式推导和证明，仍然采用传统板书方式教学，尽量放慢讲课节奏，留给学生充裕的思考时间，达到深刻理解的目的。对于比较抽象的概念、原理或结论，如信号采样及恢复、频谱分析、循环卷积等，可借助多媒体技术将教学内容生动、形象、高效地展示在学生面前，让学生更清晰地理解其物理意义。建设网络或视频资源共享平台也可避免多媒体教学课堂容量大、教学内容难消化的问题。课后，让学生登陆网络课程，弥补大班教学人数过多造成的师生沟通不便、信息反馈通道不畅的问题;通过网络答疑、讨论和激励制度激发学生学习兴趣和主动参与性。建立“学习共同体”教学模式。“学习共同体”是指由学习者及助学者(包括教师、专家、辅导员等)共同构成的团体。［8］共同体成员在学习过程中经常沟通、交流，分享学习资源，共同完成特定学习任务，形成相互影响、相互促进的学习组织。在大班教学中建立学习共同体，在课堂教学中形成师生互教、互学的互动关系，教师在教学过程中给学生自主学习的空间，学生根据所接受的任务去发现、思考和解决问题，增进协作和互动，激发学习主动性，从而改善课堂教学效果，提高学习效率。
(三)强化实践教学，高度重视学生实践能力的培养应用型人才培养应始终坚持理论与实践并重的原则。理论教学只是学习该门课程的一部分，将所学理论知识应用于实践，才能达到学以致用的目的。为此，必须加强实践教学环节。运用仿真软件教学。仿真软件Matlab和Labview以其编程和调试简单、代码短、效率高等特点深受广大教学和科研人员的欢迎，［9］广泛应用于控制系统、系统仿真等领域。结合几年来“数字信号处理”课程的授课经验，在课程中引入Matlab和Labview软件，让学生动手完成系统设计和仿真，拓展实验教学的深度和广度，有助于增强学生学习成就感，培养学生的创新能力和设计能力。CCS是TI公司推出的DSP软件集成开发环境，它运用图形接口界面，提供工程管理和编辑工具。教师可以用2学时介绍DSP结构、开发环境、DSP系列及其应用实例。通过了解DSP仿真软件CCS，为后续的DSP课程设计教学奠定基础。优化实验教学内容和改革实验教学手段，加强教学内容和工程应用的融合。“数字信号处理”教学应坚持以实践性和应用性为教学目的，分层设计实验，优化实验内容，尽量减少验证性实验，增加综合性、设计性、创新性、开放性实验教学内容。革除填鸭式教学，开展“项目导向、任务驱动、案例教学”的教学模式，结合学生情况，创设情境，教师提出任务，学生边学边练，完成自主学习任务，充分培养学生的再学习和主动学习的能力。［10］针对每一章的具体内容，在讲授理论知识之前先给学生一个具体的工程应用例子，提出问题，引导学生积极开动脑筋，督促学生课后以小组为单位主动查找相关资料，提出解决问题的方法和思路。如，在讲授数字滤波器之前，教师可设计数字滤波器对心电信号进行去噪处理。同时，教师可以电子设计大赛等学科竞赛为契机，以毕业设计为导向，有意识地引导学生进行创新性课题的研究，深入掌握信号处理理论，增强工程应用能力和团队合作精神，做到学以致用。
二、考核方式的改革
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关键词：RT-LAB；半实物仿真系统；三相四线制逆变器；MatLab/Simulink
1研究背景
电力电子技术被广泛应用于电力行业的各个领域，而我国电力电子相关技术人员却一直较为缺乏，如何通过高效的电力电子技术课程教学培养高素质研发人员已成为当前高校亟待解决的现实问题。在电力电子技术课程教学过程中，目前主要是采用模态分析、波形分析以及理论分析法对学生进行讲授，很多学生从未接触过电力电子变换器实物，因此在整个教学过程中，学生处于被动学习的状态，学习过程比较枯燥，最终导致学生学习效果不理想[1-2]。近年来，不少高校将MatLab/Simulink引入电力电子课程，采取了在传统教学模式中加入仿真软件的内容，提升学生对课堂知识的掌握程度。但鉴于学生需要对产品工作过程和构建过程的感官了解，所以仅依靠上述理论教学和软件仿真的教学手段仍然很难达到理想的教学效果。部分高校采购了相关电力电子实验设备进行教学[3-5]，但其实验内容相对落后，基本都是以晶闸管等半控型设备的实验内容为主，很难满足当前电力电子技术课程教学的要求。此外，由于电力电子设备的控制算法以及主电路均已固化到实验设备中，实验内容固定且难以扩展，学生参与度低，不利于调动学生的学习积极性。因此，若能让学生在接触到电力电子变换器实物的同时，又能针对具体的电力电子变换器主电路对控制算法进行灵活设计，则可以调动学生的学习积极性，从而得到较好的教学效果[6-8]。因此，本文利用MatLab/Simulink虚拟实验教学思想，设计了一款基于RT-LAB仿真机的电力电子变换器半实物仿真平台，并基于该仿真平台对电力电子技术课程教学过程进行了重新规划、设计，以期能为电力电子技术的教学提供一种新的方法与思路。
2半实物仿真系统及其仿真原理
一个完整的电力电子系统应当包含两部分功能模块：一是电力电子变换器主电路；二是对主电路进行控制的控制器模块。半实物仿真系统是指系统中某功能模块由计算机虚拟仿真实现，而另一功能模块则由具体的实物电路实现。就电力电子系统的半实物仿真系统而言又分为以下两种情况。2.1快速控制原型(RapidControlPrototype，RCP)RCP采用“虚拟控制器+实际被控对象”的模式，即电力电子变换器主电路由实物电路实现，而控制算法在MatLab/Simulink等仿真软件中进行仿真调试，调试通过后将相关算法下载至仿真主机运行，由仿真主机代替单片机或DSP等控制器对主电路进行控制。2.2硬件在环仿真(HardwareintheLoop，HIL)HIL采用“实际控制器+虚拟被控对象”的模式，即电力电子变换器主电路在MatLab/Simulink等仿真软件中建模、调试，调试通过后将数学模型下载至仿真机，由仿真机虚拟实际电路，而控制器由单片机系统、DSP系统等实现，最终单片机或DSP系统与仿真主机进行联合仿真。对于控制器而言，其效果等同于控制一个实际的变换器主电路。硬件在环(HIL)技术在工业电力电子与电力传动领域越来越受到重视，广泛应用于智能微网、MMC模块变频器以及电力储能等大功率场合，实现了先进控制算法快速验证和产品控制器的快速研发。RT-LAB是由加拿大Opal-RT公司推出的一套专门针对电力系统、电力电子以及电力拖动系统的实时仿真平台。该平台可与MatLab/Simulink无缝对接，运行过程中可在上位机MatLab/Simulink中对仿真参数进行在线调整并实时监控。同时，实验时可通过转接板观察仿真机与实物电路之间的实际物理信号，从而对电力电子系统的工作原理与运行特性有更直观、深刻的理解。该特点十分适合于电力电子系统工作原理与相关控制算法的仿真、测试以及演示，因此基于RT-LAB仿真平台实现电力电子技术课程的教学与实践具有较强的可行性。应用RT-LAB进行半实物仿真教学，主要有三种模式。一是全数字实时仿真模式。该模式直接在MatLab/Simulink中对电力电子变换器主电路以及对应控制算法进行建模并调试，调试通过后将相关模型进行编译并下载至RT-LAB主机中进行仿真。在仿真步长不大于10μs时，RT-LAB可实现实时仿真，从而使得学生对电力电子系统的响应特性具有较直观的认识。二是功率硬件在环仿真模式(PowerHardwareintheLoop，PHIL)。PHIL在国际上已经有了广泛的研究和应用。该模式下，RT-LAB仿真机根据所收到的控制器信号对Simulink中的虚拟电力电子器件进行开关控制并将主电路的电压电流等信号反馈至外部真实控制器。其缺点是，针对不同拓扑电路需要设计不同控制算法，而DSP/FPGA的算法实现过程较复杂，因此该模式主要适用于智能电网、多电平变换器等大功率应用场景。三是功率级的快速控制原型开发模式(PowerRapidControlPrototype，PRCP)。该模式下，电力电子变换器主电路为实物电路，而对应的控制逻辑则可在MatLab/Simulink中实现并下载到RT-LAB仿真机，随后RT-LAB仿真机运行对应控制算法以此控制实物电路。由于控制算法是在MatLab/Simulink中实现，该种模式适用于需要对控制算法频繁修改、调试，而主电路拓扑保持不变的情况。电力电子课程教学过程中所涉及的主电路拓扑不多，学习重点在于电路拓扑的工作原理和控制方式，选择PRCP模式既可以让学生直接接触到电力电子变换器主电路，又可以在学生所熟悉的MatLab/Simulink环境中进行算法验证，因此本文选用该模式进行电力电子技术课程的教学与实验。
3基于RT-LAB系统半实物仿真平台设计
RT-LAB半实物仿真教学平台硬件部分包括电力电子变换器主电路、半导体功率器件驱动保护电路、电平转换电路、模拟信号调理电路以及RT-LAB仿真主机;软件部分则包括电力电子变换器控制算法(基于MatLab/Simulink实现)以及由Opal-RT公司开发的专门用于电力电子仿真的ARTEMIS，RTE-Drive和RT-Events等仿真工具箱。仿真教学平台的结构框图如图1所示，其中OP5330，OP5340，OP5354，OP5353分别为16位模拟输出板卡、16位模拟输入板卡、32位数字输出板卡以及32位数字输入板卡。ARTEMIS，RTE-Drive和RT-Events等仿真工具箱可与MatLab/Simulink实现无缝对接，可将MatLab/Simulink中所搭建的数学模型进行模型优化、分割、编译以及实时化处理，并将编译后的代码下载至仿真主机中进行实时运行。半实物仿真平台仿真流程如图2所示。
4电力电子系统半实物仿真的实现
图3所示为三相四线制逆变器主电路拓扑，该拓扑广泛应用于电动汽车、不间断供电系统(UninterruptiblePowerSepply，UPS)、新能源发电以及智能电网等系统中，是电力电子技术课程中极其重要的一类电路拓扑。下面以该电路为例，说明RT-LAB系统半实物仿真教学平台的应用过程。图3 三相四线制逆变器电路结构电力电子技术课程的学习难点在于电路拓扑的工作原理。具体对于三相四线制逆变器电路而言，其教学难点在于逆变电路的调制方法与反馈控制算法。基于此，教学重点在于调制算法与反馈环路的设计，而电力电子主电路独立于RT-LAB，无须额外设计。调制算法与反馈环路模型可在MatLab/Simulink中实现，其总的结构框图如图4所示。其中，最上端OpCtrlML605EX2模块为FPGA板卡的配置文件；右端ML605EX1EventGenerator1为RT-LAB的IO输出模块，其功能主要是输出PWM控制信号；RETConversionOP5110-5120为RT-LAB的事件转换模块，其主要功能是为MatLab/Simulink产生的PWM信号加上时间戳，以便仿真主机能实时输出高精度的PWM信号；左下方的ML605EX1AnalogIn为RT-LAB的模拟信号输入模块，其功能主要是对电力电子系统的电压电流进行采样。上述模块涉及RT-LAB仿真主机的硬件配置，由Opal-RT公司提供，只需在系统进行调用即可，无须对其进行更改。除上述模块外，其他均为MatLab/Simulink标准模块。其中PWMunitRTE3.x为PWM信号调制模块，由Simulink标准模块封装而成，其中大部分模块参数都可以实现在线调整，可对逆变器工作特性实时分析。本实验采用正弦脉冲宽度调制(SPWM)算法与PID控制策略对逆变器进行控制，仿真步长设置为10µs，逆变器主电路元件参数设计为r=0.2，La=Lb=Lc=2mH，Ca=Cb=Cc=10µF。运用RT-LAB上位机软件将图4所示控制算法编译后下载至RT-LAB仿真主机，将仿真主机的PWM输出与AD输入信号与主电路进行连接，运行仿真主机对主电路进行控制，可得图5所示主电路工作波形，根据图5所示实验波形即可对三相四线制逆变器的工作原理进行较为深入地分析。
5结论
就电力电子技术课程而言，实验教学与软件仿真教学是理论教学的重要辅助，然而目前硬件实验设备灵活性差，不利于培养学生的创造性，软件仿真与客观环境差别较大，不够直观也很难反映真实工程。基于RT-LAB的电力电子半实物仿真平台弥补了上述不足，既可以接触到电力电子变换器实物，又可以在MatLab/Simulink环境中对实验项目进行灵活订制。该仿真平台实施以来，学生参与实验的积极性、主动性大为提高，学生在高效学习电力电子系统相关工作原理及其控制算法的同时熟悉了半实物仿真这种较为先进的科研和测试技术，有利于学生在电力电子系统建模和控制算法上进行创新，从而提高电力电子课程的教学质量。
参考文献
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DSP课程范文篇8
关键词：电力电子；双变流器；实验教学；探究性实验
随着我国经济持续快速发展和人们生活水平的不断提高，迫切需要新能源发电和电能高效变换技术[1-6]。因此，作为电能变换的核心技术，电力电子技术课程在电气工程类专业教学中占有十分重要的地位。电力电子技术与工程实际联系紧密，单纯的理论分析教学模式不利于学生对相关知识点的深入理解。实验课程在提升电力电子教学效果中有着至关重要的作用，它能够将抽象枯燥的理论变得生动具体，激发学生的求知欲望。为此，众多高校致力于电力电子教学实验平台的构建和持续更新[7-12]。随着现代电力电子技术的发展，以PWM理论为基础的电能变换技术在电能变换和控制中(尤其在中小功率场合)占据主导地位[13-16]。但目前电力电子实验课程依然主要基于晶闸管器件的相控技术，教学内容老化，与电力电子实际应用脱节。因此，为加深学生对现代电力电子技术的理解，培养学生创新意识，迫切需要建立以现代电力电子技术为应用背景的教学实验平台。由于高校实验室电源或线路容量通常较小，购置的电力电子实验装置在实验过程通常只能在小电流工况下进行，无法反映电力电子装置实际应用场景，进而影响实验课程教学效果。为此，本文设计了基于双变流器的电力电子课程创新综合性实验平台。基于该平台，学生可进行PWM整流、PWM逆变、能量回馈、无功生成、无功补偿以及有源滤波等多项以现代电力电子技术应用为背景的实验。该平台有效克服了电源或线路容量不足所带来的局限性，大幅提高了实验灵活性。此外，该平台具有交流欠压、交流过压、直流过压、缺相、错相、过流和过温等完善的保护措施，安全性高，适合学生操作。
1实验平台硬件设计
实验平台硬件设计主要包括功率主电路、信号调理电路及控制与保护电路，涉及电力电子技术、自动控制原理、模拟电子技术、数字电子技术及可编程逻辑器件等多门课程的知识。实验平台各环节的设计原理手册均对学生完全开放，作为学生实验前期的学习材料，促进学生系统性地认识和掌握多门专业知识，将相关课程的知识“点”串成一条“线”，进而培养学习兴趣，激发创新意识。1.1功率主电路拓扑基于双变流器的电力电子课程创新实验平台的主电路拓扑如图1所示。us和is分别为电网电压和网侧电流；VSC1和VSC2为两台具有相同结构的电压源型变流器(其拓扑如图2所示)；L1和L2分别为两台变流器的输出滤波电感；Cdc1和Cdc2为直流侧电压支撑电容；为提高实验平台灵活性，两台变流器直流侧通过开关Sw连接，当进行PWM整流+逆变实验时闭合Sw，形成背靠背结构，控制VSC1使其工作在整流状态，VSC2工作于逆变状态；当进行无功电流生成及补偿实验时断开Sw，两台VSC分别作为无功发生器和无功补偿器。1.2控制与保护电路实验平台控制电路板采用四层板结构，由上至下分别为顶层信号层、地层、电源层以及底层信号层，如图3所示。主控芯片采用TI公司TMS320F28335浮点型DSP，并结合相关电路实现具有多项保护功能的DSP系统控制器。整个系统的保护逻辑由ALTERA公司的EPM7128STI100型CPLD管理，主要实现相序判断、故障类型指示及保护等功能。当出现任一故障时，CPLD输出PWM封锁信号并点亮相应的故障类型指示灯，便于学生对故障类型进行判断。此外，系统中还设置了控制电源指示灯、PWM封锁指示灯以及CPLD工作状态指示灯等，便于学生了解系统的状态。为提高系统的可扩展性，系统中设置了额外的保护信号输入端及数字量输入端。由主电路和控制系统组成的实验平台如图4所示。
2实验平台软件设计
实验平台软件部分由两部分组成：一是基于TI公司CodeComposerStudio(CCS)的下位机控制程序；二是在VisualStudio下采用C#语言开发上位机实验平台控制界面。根据探究性实验教学内容的系统性要求及深度，又将下位机程序分为两类：一是将编写好的DSP外设配置代码进行封装，学生只对控制程序进行修改，不能修改外设配置，避免对外设配置的误操作，该类型的程序供以控制原理为重点实验内容的学生使用；二是DSP外设配置代码及控制代码均对学生开放，该类型的程序供课时较多，以专业知识系统性学习为目标的学生使用。为了提高实验平台的可操作性与可读性，实验平台上位机控制程序由实验注意事项区和功能区两部分组成。实验注意事项区主要对学生的安全操作、实验计划学习和控制程序及主电路结构校验等主要环节进行提示。功能区对VSC1和VSC2的操控命令通过串口通信分别下达至相应的DSP芯片，实验平台的微机操控界面如图5所示。
3实验平台应用案例
3.1实验内容设计
第一，由学生将双变流器实验平台连接成背靠背形式，控制VSC1和VSC2分别工作于整流和逆变状态，通过观察并网电流与电网电压相位之间的关系，分析整流和逆变时能量的流动方向。第二，在背靠背结构下，设置VSC2工作在不同的开关频率下，观察开关频率对变流器输出电流中开关纹波电流大小的影响，并讨论其原因。第三，双变流器实验平台连接成负载—补偿器形式，即VSC1模拟无功负载，VSC2模拟无功补偿器，观察负载无功电流和补偿电流与电网电压相位关系，使学生对静止无功补偿器的控制原理有感性认识。
3.2实验结果及分析
根据上述实验内容制定了具体的实验计划，由教师辅助指导学生完成相关实验并组织学生对实验结果进行讨论。第一，整流—逆变实验。学生将实验平台连接成背靠背形式，通过CCS改变控制程序使得VSC1的控制目标为直流侧电压，VSC2的控制目标为有功电流，通过上位机界面设置VSC1和VSC2的开关频率分别为4.8kHz和2.4kHz。学生由图6可以发现VSC1的电流与电网电压相位相同，因此工作在整流状态，此时能量由交流电网流向直流侧；VSC2的电流与电网电压相位相反，因此工作在逆变状态，此时能量由直流侧流向交流电网。虽然两者电流的幅值均为20A左右，但是由于相位相反，因此电源侧电流的幅值较小，大幅度减小了实验平台对电源和线路容量的要求。为了便于观察开关频率对变流器输出电流中开关纹波电流大小的影响，减小变流器输出电流为10A，实验结果如图7所示。VSC2输出电流中的开关纹波含量明显大于VSC1，这加深了学生对开关频率与纹波电流之间关系的理解，针对该实验现象由老师引入L型及LCL型滤波器供学生讨论，激发学生的好奇心，培养学生的创新意识。第二，负载—补偿实验。学生将实验平台连接成负载—补偿器形式，通过CCS改变控制程序，使VSC2工作在无功发生器模式，发出一定的感性无功电流，VSC1工作在无功补偿器模式，对VSC2发出的无功电流进行补偿。通过上位机界面设置两者的开关频率均为9.6kHz，实验结果如图8所示。学生由图8可以发现VSC2的电流滞后于电网电压90°，对应感性无功功率；VSC1的电流超前于电网电压90°，对应容性无功功率。由于VSC1与VSC2的电流幅值相同，相位互差180°，两者相互抵消，因此电源侧不含有无功电流，即实现了对负载无功电流的补偿。在该实验结果的基础上由教师引入有源滤波的概念并组织学生讨论，安排学生进行课下学习，为有源滤波实验做准备。由此可见，无论是在整流—逆变还是负载—补偿模式下，每个VSC均可在电网侧电流很小的工况下进行较大电流的实验，有效克服了电源或线路容量不足所带来的局限性。
4结语
DSP课程范文篇9
在构建通信及其相关专业的专业基础实践教学体系中，我们紧扣教育部“卓越工程师培养计划”和我校通信与信息类工程应用型人才的培养目标，根据不同专业、不同层次的教学要求，深化教学改革，既保留并规范了原有的基础实验项目，同时，将传统实验与现代信息技术相结合，增加设计性、创新性实验内容，开发了一系列与现代技术相适应的先进的高水平实验项目［3-4］，构建了“基础型、应用型、综合型、设计型、创新型”的分层次、循序渐进的实验课程教学体系，相应设置了“基础实验”、“系统仿真实验”、“应用型实验”的实验教学模块，重新制定了课程教学大纲，进行了课程内容的优化与重组，编写了多部实验教材，形成了模块化管理、软硬结合、层次分明、结构完善的实验课程体系，实验内容和实验水平都有了飞跃式的发展。
1实践教学体系的设计思想
在实践教学体系的构建中，设计了分层渐进的体系结构，遵循“基础知识的学习—能力培养—竞赛强化”的实践教学培养思路，即:首先是扎实的基础知识的学习，在此基础上强化能力的培养，最后通过参加各种学科竞赛提升学生的实践动手和创新能力。针对基础知识的学习，设计了基础实验模块，有基于“通信原理综合实验箱”验证性实验、分别利用DSP、ARM和FPGA的设计性实验，通过通信原理实验箱让学生验证点对点通信系统中的基本的调制解调原理、编译码技术、系统性能分析等理论知识，并通过DSP、FPGA和ARM开发系统实现;针对强化能力的培养，设计了系统仿真实验模块，包括基于SystemView的通信系统仿真实验［5］、双语教学的基于Matlab的通信系统仿真实验［6］，通过软件仿真平台自行设计由简单到复杂的通信系统，明确各个具体模块的实现方法以及相互之间的关联，从而真正了解整个通信系统的组成及工作原理，在应用型实验模块，包括软件无线电实验和CDMA移动通信系统实验，软件无线电系统中实现较为复杂的调制解调和编译码技术，在CDMA移动通信系统实验中，可以接触到实际系统的构造和工作过程，锻炼动手能力;最后，选拔优秀的学生，参加各种竞赛，提高学生的科技创新能力。
在实践教学体系的设计中，重点突出了以下几点:
(1)各模块之间既相互联系，同时也自成体系，支撑相应的理论教学内容，将基础实验与综合性、设计性实验相结合，将多媒体技术、虚拟技术、网络技术等现代化教学方法与手段相结合，充分利用先进的、丰富多彩的实验教学资源［7］;
(2)在实验项目设计中，结合指导学生电子设计竞赛和自制仪器设备，将讲授、讨论、自主实验、课内外实验相结合，开拓学生思路，培养创新精神;
(3)在课程架构设计中，各模块循序渐进，从简单到复杂、从基础到综合、从设计到创新，同时，兼顾和辐射其它的相关专业，如非电类专业的学生建议选做基础实验模块和系统仿真模块中的验证性实验，电类非通信专业的学生建议选做基础和系统仿真实验模块，通信类专业的学生3个模块均可依次选做，外语程度好的学生可以选双语教学“Matlab与通信仿真实验”，也可作为开放实验和研究生实验项目。
(4)实验内容设计紧扣应用型人才培养目标，突出对学生工程实践能力和业务能力的培养。
2实践教学体系的目标
首先，通过构建的分层渐进的体系结构，帮助学生建立通信系统的整体概念;其次，通过验证性、设计性和综合性实验帮助学生对通信系统上至整体架构下至具体模块以及相应的关键技术建立全方位、多层面的认识，对培养学生的工程实践能力和业务能力起到积极的促进作用［8］;最后，培养学生综合运用通信基础知识和实验技术的能力，以满足培养通信与信息类高素质工程应用型人才的需要［9］。例如，在基础实验模块中的第1个实验就是借助通信原理综合实验系统实现两部电话机之间的正常通话，让学生对语音信号是如何在两部话机间进行传递的?需要哪些模块?如何连接这些模块?需要哪些关键技术等有一个初步的直观的认识;接下来通过后续的硬件验证性实验对具体的模块(如HDB3模块、PAM模块等)再做进一步的测试，从而验证最初的结论，帮助学生建立通信系统的整体架构和工作流程。在DSP和FPGA开发系统实验中，学生可以通过设计通信系统中的核心功能模块(如FIR滤波器、2FSK模块等)，并有选择的搭建基本的通信系统，将理论知识与实践能力有机的结合起来。在系统仿真中，学生可以借助SystemView软件仿真平台自行设计通信系统(如FM系统、PSK系统等)，或者借助Matlab软件仿真平台具体分析系统的性能(如AM系统、PCM系统等)，从而进一步加深对通信系统的认识。在软件无线电系统中，可以实现较为复杂的通信技术，如:GMSK解调技术、无线多径信道特性实验等，在CDMA移动通信系统上通过工程实践深入理解实际移动通信系统的架构和工作流程。最后，通过组织学生参加各类的竞赛活动，让学生将学到的各方面知识和实践技能得到应用和强化［10-11］，从而最终实现教学的目标。
3实践教学体系的效果
(1)激发了学生的创新意识，提高学生的综合实践能力和科研素质，成为科学研究的启蒙教育。学生在进入毕业论文和研究生阶段后，其科研能力表现普遍受到导师们的好评。
(2)激发学生对通信基础实验及系统实验的兴趣。近年来，越来越多的非通信专业学生选修本课程，有些学生在修完本课程后还利用课余时间或暑假进入实验室进一步拓展实验。
(3)多名学生在全国大学生电子设计竞赛、挑战杯大赛中获全国、省级奖:①2007年，参加全国大学生电子设计竞赛，获陕西赛区一等奖1项、三等奖4项;②2008年，参加陕西省数模混合设计竞赛，获陕西赛区一等奖1项;参加全国“博创杯”全国嵌入式竞赛获全国二等奖1项;③2009年，参加全国挑战杯竞赛，获全国二等奖1项、陕西一等奖和二等奖各1项;参加NOC大学生科技创新竞赛，获全国一等奖1项，并捧得最高奖杯;参加全国大学生电子设计竞赛，获陕西赛区二等奖1项。
DSP课程范文篇10
1设计原则
综合性实验是在学生具有一定的专业基础知识和基本实验操作技能的基础上，综合运用某一课程或多门课程的知识对学生实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性、开放性实验［9］。（1）综合性。综合性是实验案例设计的首要原则。学生在完成实验过程中必须将多门专业课甚至专业技术基础课的基本理论、基本操作技能有机地结合在一起，促进学生对知识和技能的综合应用。（2）实用性。案例要具有很强的实用价值。实验案例的设计采用当前主流的、重要的通信系统开发技术，学生可以通过综合性实验内容，切实掌握实用技能，提高就业能力，并为今后的工作打下坚实的基础。（3）趣味性。兴趣是最好的老师。综合性实验案例对学生要具有挑战性，而且必须是学生感兴趣的，最好是他们身边能够接触、感知的热点话题，或有待解决的实际问题等，激发学生的实验积极性和实验兴趣。学生可自主选择实验项目，变被动学习为主动学习。（4）可扩展性。综合性实验案例设计要具有可扩展性，可以根据学科建设、专业发展和学生培养的需要进行进一步扩展和优化。（5）体现“通信特色”，符合通信学科特点和专业培养要求。
2案例来源
在案例的设计和选择上既要体现综合性、创造性，能够培养学生的创新意识和实践能力，提高学生的综合素质，同时也要考虑到实验的课时安排和难度控制。因此，通信专业类综合性实验案例设计从以下4方面进行选材：（1）优质科研成果转化。学院承担大量的国家科研项目，可以将其中某些项目进行简化、修改、重组，转化成通信专业类综合性实验案例，从而将先进的科研成果打造为优质教学资源，实现基础与前沿、经典与现代的结合。（2）各类电子设计大赛题目改造。全国及各省、校级电子设计大赛中有很多具有创新性、前瞻性、实用性的方案可以经过适当修改，作为通信专业类综合性实验案例。学生可以通过这样的实验案例了解各级大赛的要求和特点，教师也可以在实验教学过程中，选拔优秀学生参加各级大赛，从而提高学生在电子大赛中的能力和水平。（3）选择各类电子制作期刊和报纸的有关科技论文的内容。科技论文通常是对本专业内最新的前沿科技的介绍、论述和总结，可以选择其中合适的内容进行改进，作为通信专业类综合性实验案例，使学生了解学科未来的发展方向和前沿技术。（4）对部分传统（基础）实验内容改革、优化、重组。传统（基础）实验多是单一内容的验证性实验，缺乏综合性，可以充分利用现有的实验平台和实验仪器，对实验内容和方案进行改革、优化、重组，从而设计出符合当前教学要求的综合性、设计性实验。
3案例设计
3．1系统组成基于上文所述的设计原则，本教改项目设计了数据采集及数据传输系统作为通信专业类综合性实验的一个案例。系统组成如图1所示。数据采集及数据传输实验系统由数据采集模块、数据处理及控制模块、数据传输模块、数据接收模块4部分组成。不同模块间选择不同的组合可以实现不同的实验项目及内容。数据采集模块由多种传感器或数据采集设备组成，可包括温度、湿度、压力、位移及测力称重等传感器或声音、图像等采集设备。数据处理模块采用单片机、FPGA或DSP等来完成，对数据采集模块进行控制，同时对采集到的数据进行分析和处理。数据传输模块可采用外部总线（如串口、并口等）、红外、蓝牙、射频、网络等数据传输方式，将经过处理的数据传输给接收端。数据接收模块主要实现人机交互等功能。
3．2系统分析由于通信专业类综合性实验要具有综合性、实用性、趣味性、可扩展性、通信特色等要素和特点，要求在实施过程中将传统的灌输式教学变为以学生为主体的探索式教学，教师更多的是起到实验实施过程的引导者和组织者作用。本实验系统综合运用了模拟电路、数字电路、信号与系统、数字图像处理、通信原理、无线通信、电磁场等多门通信类、电子类课程，运用了单片机、FPGA、DSP等技术进行硬件系统构建，运用了C语言、汇编语言、硬件描述语言等程序设计语言进行软件开发，如图2所示。使学生可以综合运用通信专业类的理论知识和专业技能。本系统采用的FPGA、DSP、蓝牙、射频、网络等技术均是当前通信行业内主流的重要的技术和方法。利用本系统的资源，学生可以自主选择并实现功能不同的图像监控、可视门铃、数字录音笔、电动玩具等生活中常见的电子设备和电子产品，激发学生的实验积极性和实验兴趣。本系统侧重于点对点数据通信与传输，各个模块不同的组合可实现不同的功能或产品，同时，本系统可以扩展为多种传感器和多种数据采集设备之间的协同与交互，形成传感器网络和Adhoc网络，实现组网通信，从而实现如目标定位、目标识别等更复杂的系统功能。