電氣工程專業(yè)DSP實驗教學(xué)的探討.doc

電氣工程專業(yè)DSP實驗教學(xué)的探討摘 要：結(jié)合電氣工程專業(yè)DSP原理及應(yīng)用課程的實驗教學(xué)，探討了通過DSP實驗平臺的更新、改善與更新實驗項目、合理安排課程設(shè)計來培養(yǎng)學(xué)生DSP應(yīng)用開發(fā)的能力。關(guān)鍵詞：DSP；TMS320F2808；工業(yè)控制Exploration on the DSP Experimental Teaching of Electrical EngineeringAbstract: Based on the experimental teaching of the course DSP Principles and Applications，this paper introduces how to train students DSP application development capabilities with DSP experimental platform updateand improve and update pilot project, reasonable arrangements for the course.0 引言采用DSP(Digital Signal Processor)實現(xiàn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)成為當(dāng)前的發(fā)展趨勢，其在電子信息、通信、自動控制、儀器儀表和信息家電等高科技領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，DSP技術(shù)成為工科電氣工程專業(yè)的本科生和研究生必須掌握的一門實用新技術(shù)。DSP原理及應(yīng)用主要面對電氣工程專業(yè)的高年級本科學(xué)生和研究生，課程要求理論與實踐緊密結(jié)合，強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生DSP應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計能力1。本文提出從改進(jìn)實驗平臺、更新實驗教學(xué)內(nèi)容和合理安排課程設(shè)計三個方面對課程的實驗教學(xué)實踐進(jìn)行了探討。1 實驗平臺的設(shè)計TMS320C2000系列DSP因其具有的數(shù)字信號處理能力，又具有強大的事件管理器能力和嵌入式控制功能，非常適用于工業(yè)、汽車、醫(yī)療和消費類市場中的數(shù)字電機控制、數(shù)字電源和高級感應(yīng)技術(shù)。在逆變器、風(fēng)力發(fā)電等綠色能源應(yīng)用領(lǐng)域也將得到廣泛應(yīng)用2。C2000系列DSP是電氣工程專業(yè)實現(xiàn)測控功能的首選芯片。其主要代表是：TMS320LF2407和TMS320F2812，本實驗室的實驗平臺基于TMS320LF2407A DSP芯片，采用開放式模塊化設(shè)計，實驗平臺分為最小系統(tǒng)板和應(yīng)用擴展電路板兩個部分，可以根據(jù)需要單獨使用。DSP技術(shù)更新和升級是實驗教學(xué)當(dāng)中不能回避的現(xiàn)實問題，TMS320F2407A的不再被提倡應(yīng)用在新的設(shè)計中，TMS320F2808成為了替代產(chǎn)品。TMS320F2808是美國TI公司推出的C2000平臺上的32位定點DSP芯片,具有低成本、低功耗和高性能處理能力，外設(shè)功能增強且極具價格優(yōu)勢，采用100引腳封裝，所有產(chǎn)品引腳兼容，具有高達(dá)128KB的閃存和100MIPS的性能。特別適用于大量數(shù)據(jù)處理的測控領(lǐng)域和復(fù)雜運算的電機控制領(lǐng)域。本文提出充分利用實驗室原有實驗平臺中的應(yīng)用擴展電路資源，設(shè)計具有相應(yīng)接口的TMS320F2808最小系統(tǒng)板來實現(xiàn)實驗平臺的系統(tǒng)升級。圖1為改進(jìn)后的功能框圖。TMS320F2808最小系統(tǒng)板信號源模塊A/D模塊電源模塊MAX7219顯示模塊CAN模塊直流電機驅(qū)動模塊D/A模塊SCI模塊液晶顯示模塊鍵盤/LED模塊圖1 DSP實驗平臺功能框圖2 改進(jìn)實驗教學(xué)DSP原理及應(yīng)用課程是一門工程性很強的課程，與之前的單片機課程相比，硬件資源更為豐富，控制寄存器繁多，操作也更為復(fù)雜，具有入門難的特點。筆者針對這一情況在實驗教學(xué)中進(jìn)行了下列嘗試。2.1 分階段安排實驗內(nèi)容實驗環(huán)節(jié)分為驗證性實驗、設(shè)計性實驗、綜合設(shè)計性實驗和創(chuàng)新性實驗4個層次的教學(xué)模式。針對學(xué)生認(rèn)識階段-初步學(xué)習(xí)CCS編譯環(huán)境，學(xué)習(xí)階段-熟悉實驗平臺，和提高階段-靈活運用實驗平臺安排不同的實驗內(nèi)容，分別安排2個驗證性實驗：I/O端口實驗和定時器實驗，這部分實驗要求學(xué)生能夠打開CCS編譯環(huán)境中的已有的實驗項目，學(xué)會編譯和下載程序，觀測實驗結(jié)果，對實驗代碼的修改，目的是讓學(xué)生能夠?qū)φn程和實驗產(chǎn)生興趣樹立能夠?qū)W好的信心；2個設(shè)計性的實驗：SPI通信實驗和A/D采樣實驗，讓學(xué)生學(xué)會如何應(yīng)用DSP內(nèi)部外設(shè)來進(jìn)行同步串行通信和數(shù)據(jù)采集，目的是讓學(xué)生熟悉硬件接口電路的設(shè)計和程序編寫；開展一些綜合實驗，電能質(zhì)量分析等綜合實驗來達(dá)到鍛煉學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計的能力。2.2 改進(jìn)和更新實驗項目和內(nèi)容在實驗教學(xué)實踐中不斷地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有實驗項目的優(yōu)點和缺點，逐步改善實驗項目，結(jié)合電氣工程專業(yè)的特點開發(fā)出適合實驗教學(xué)的實驗項目，使學(xué)生能夠?qū)﹂_設(shè)的實驗項目感興趣。個性化實驗教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的必由之路，嘗試開設(shè)實驗選修課，讓有意愿多實驗的學(xué)生能夠有機會進(jìn)行實戰(zhàn)練習(xí)，為優(yōu)秀學(xué)生構(gòu)建一個培養(yǎng)研究開發(fā)能力的平臺，實驗教師積極給予指導(dǎo)。鼓勵學(xué)生積極參加涉及DSP應(yīng)用的電子競賽，特別是TI公司舉行的DSP應(yīng)用設(shè)計競賽。3 課程設(shè)計的安排3.1 課程設(shè)計的目的在系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了 “DSP原理與應(yīng)用”課程及其相應(yīng)基礎(chǔ)實驗后，學(xué)生掌握了DSP的基本性能特點和應(yīng)用技巧，但放大到系統(tǒng)應(yīng)用的層次需要學(xué)生具備DSP系統(tǒng)硬件設(shè)計能力和軟件應(yīng)用開發(fā)能力，這樣的能力是大多數(shù)學(xué)生所缺少的。課程設(shè)計的目的是使學(xué)生進(jìn)一步掌握DSP的特點和開發(fā)應(yīng)用技巧, 通過具體的電路設(shè)計和調(diào)試，領(lǐng)會DSP系統(tǒng)的設(shè)計要領(lǐng)。培養(yǎng)將DSP應(yīng)用到工程實踐的能力。3.2時間安排和指導(dǎo)方式課程設(shè)計的時間可以安排課程結(jié)束后，一般為3周的時間，每次課安排4學(xué)時可以讓學(xué)生有大段時間進(jìn)行題目的設(shè)計和調(diào)試，保證了設(shè)計的連續(xù)性。在設(shè)計過程中，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下獨立設(shè)計實現(xiàn)所選題目。這個過程可以讓老師掌握每個學(xué)生的具體認(rèn)知程度和設(shè)計能力，繼而給出指導(dǎo)意見。3.3課程設(shè)計的選題課程設(shè)計的題目分為兩類：一類是包含DSP芯片的最小系統(tǒng)設(shè)計，如“TMS320LF2407最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計”，“TMS320LF2808最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計”。首先要求嚴(yán)格根據(jù)DSP芯片的性能特點進(jìn)行包括供電電路、晶振電路、復(fù)位電路、JTAG接口電路以及抗干擾等電路的硬件設(shè)計，設(shè)計中應(yīng)用PROTEL軟件，從原理圖設(shè)計開始進(jìn)行，包括DSP芯片的原理圖庫的自建，添加封裝，基本元器件的連接，直至原理圖的完善，然后經(jīng)過編譯導(dǎo)入PCB，獨立完成PCB的生成。這期間老師會強調(diào)DSP是一個高頻器件，在抗干擾電路方面要有專門的設(shè)計。然后，需要學(xué)生編寫程序?qū)λO(shè)計的硬件電路進(jìn)行測試，例如編寫一個簡單xf端口輸出程序：for（；） delay（）； asm（“clrc xf”）；delay（）； asm（“clrc xf”）； 另一類是合理利用實驗室現(xiàn)有的實驗設(shè)備提供的各種擴展應(yīng)用電路，編寫應(yīng)用程序完成各個題目的功能設(shè)計，這一類的題目的時候盡量安排應(yīng)用現(xiàn)有的資源能夠完成的題目，如電壓、電流的測量，頻率測量和采樣，正弦脈寬調(diào)制波（SPWM）的調(diào)制等具有符合電氣工程專業(yè)特點的專業(yè)特點的題目3。4 結(jié)語DSP原理及應(yīng)用是一門工程應(yīng)用性非常強的課程，如何能讓學(xué)生盡快掌握DSP技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)是每個教師思考的重點。只有做好科研科研工作，豐富實驗教學(xué)內(nèi)容，將科研中最新的動態(tài)反應(yīng)在教學(xué)實踐中，不斷改善與更新實驗項目