电气工程专业DSP实验教学的探讨.doc

电气工程专业DSP实验教学的探讨摘 要：结合电气工程专业DSP原理及应用课程的实验教学，探讨了通过DSP实验平台的更新、改善与更新实验项目、合理安排课程设计来培养学生DSP应用开发的能力。关键词：DSP；TMS320F2808；工业控制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)实现数字信号处理系统成为当前的发展趋势，其在电子信息、通信、自动控制、仪器仪表和信息家电等高科技领域获得了越来越广泛的应用，DSP技术成为工科电气工程专业的本科生和研究生必须掌握的一门实用新技术。DSP原理及应用主要面对电气工程专业的高年级本科学生和研究生，课程要求理论与实践紧密结合，强调培养学生DSP应用系统的设计能力1。本文提出从改进实验平台、更新实验教学内容和合理安排课程设计三个方面对课程的实验教学实践进行了探讨。1 实验平台的设计TMS320C2000系列DSP因其具有的数字信号处理能力，又具有强大的事件管理器能力和嵌入式控制功能，非常适用于工业、汽车、医疗和消费类市场中的数字电机控制、数字电源和高级感应技术。在逆变器、风力发电等绿色能源应用领域也将得到广泛应用2。C2000系列DSP是电气工程专业实现测控功能的首选芯片。其主要代表是：TMS320LF2407和TMS320F2812，本实验室的实验平台基于TMS320LF2407A DSP芯片，采用开放式模块化设计，实验平台分为最小系统板和应用扩展电路板两个部分，可以根据需要单独使用。DSP技术更新和升级是实验教学当中不能回避的现实问题，TMS320F2407A的不再被提倡应用在新的设计中，TMS320F2808成为了替代产品。TMS320F2808是美国TI公司推出的C2000平台上的32位定点DSP芯片,具有低成本、低功耗和高性能处理能力，外设功能增强且极具价格优势，采用100引脚封装，所有产品引脚兼容，具有高达128KB的闪存和100MIPS的性能。特别适用于大量数据处理的测控领域和复杂运算的电机控制领域。本文提出充分利用实验室原有实验平台中的应用扩展电路资源，设计具有相应接口的TMS320F2808最小系统板来实现实验平台的系统升级。图1为改进后的功能框图。TMS320F2808最小系统板信号源模块A/D模块电源模块MAX7219显示模块CAN模块直流电机驱动模块D/A模块SCI模块液晶显示模块键盘/LED模块图1 DSP实验平台功能框图2 改进实验教学DSP原理及应用课程是一门工程性很强的课程，与之前的单片机课程相比，硬件资源更为丰富，控制寄存器繁多，操作也更为复杂，具有入门难的特点。笔者针对这一情况在实验教学中进行了下列尝试。2.1 分阶段安排实验内容实验环节分为验证性实验、设计性实验、综合设计性实验和创新性实验4个层次的教学模式。针对学生认识阶段-初步学习CCS编译环境，学习阶段-熟悉实验平台，和提高阶段-灵活运用实验平台安排不同的实验内容，分别安排2个验证性实验：I/O端口实验和定时器实验，这部分实验要求学生能够打开CCS编译环境中的已有的实验项目，学会编译和下载程序，观测实验结果，对实验代码的修改，目的是让学生能够对课程和实验产生兴趣树立能够学好的信心；2个设计性的实验：SPI通信实验和A/D采样实验，让学生学会如何应用DSP内部外设来进行同步串行通信和数据采集，目的是让学生熟悉硬件接口电路的设计和程序编写；开展一些综合实验，电能质量分析等综合实验来达到锻炼学生系统设计的能力。2.2 改进和更新实验项目和内容在实验教学实践中不断地发现现有实验项目的优点和缺点，逐步改善实验项目，结合电气工程专业的特点开发出适合实验教学的实验项目，使学生能够对开设的实验项目感兴趣。个性化实验教学是培养创新型人才的必由之路，尝试开设实验选修课，让有意愿多实验的学生能够有机会进行实战练习，为优秀学生构建一个培养研究开发能力的平台，实验教师积极给予指导。鼓励学生积极参加涉及DSP应用的电子竞赛，特别是TI公司举行的DSP应用设计竞赛。3 课程设计的安排3.1 课程设计的目的在系统地学习了 “DSP原理与应用”课程及其相应基础实验后，学生掌握了DSP的基本性能特点和应用技巧，但放大到系统应用的层次需要学生具备DSP系统硬件设计能力和软件应用开发能力，这样的能力是大多数学生所缺少的。课程设计的目的是使学生进一步掌握DSP的特点和开发应用技巧, 通过具体的电路设计和调试，领会DSP系统的设计要领。培养将DSP应用到工程实践的能力。3.2时间安排和指导方式课程设计的时间可以安排课程结束后，一般为3周的时间，每次课安排4学时可以让学生有大段时间进行题目的设计和调试，保证了设计的连续性。在设计过程中，学生在老师的指导下独立设计实现所选题目。这个过程可以让老师掌握每个学生的具体认知程度和设计能力，继而给出指导意见。3.3课程设计的选题课程设计的题目分为两类：一类是包含DSP芯片的最小系统设计，如“TMS320LF2407最小应用系统设计”，“TMS320LF2808最小应用系统设计”。首先要求严格根据DSP芯片的性能特点进行包括供电电路、晶振电路、复位电路、JTAG接口电路以及抗干扰等电路的硬件设计，设计中应用PROTEL软件，从原理图设计开始进行，包括DSP芯片的原理图库的自建，添加封装，基本元器件的连接，直至原理图的完善，然后经过编译导入PCB，独立完成PCB的生成。这期间老师会强调DSP是一个高频器件，在抗干扰电路方面要有专门的设计。然后，需要学生编写程序对所设计的硬件电路进行测试，例如编写一个简单xf端口输出程序：for（；） delay（）； asm（“clrc xf”）；delay（）； asm（“clrc xf”）； 另一类是合理利用实验室现有的实验设备提供的各种扩展应用电路，编写应用程序完成各个题目的功能设计，这一类的题目的时候尽量安排应用现有的资源能够完成的题目，如电压、电流的测量，频率测量和采样，正弦脉宽调制波（SPWM）的调制等具有符合电气工程专业特点的专业特点的题目3。4 结语DSP原理及应用是一门工程应用性非常强的课程，如何能让学生尽快掌握DSP技术的应用和开发是每个教师思考的重点。只有做好科研科研工作，丰富实验教学内容，将科研中最新的动态反应在教学实践中，不断改善与更新实验项目