DSP原理及应用实验教学的研究与探讨论文

2024-04-06 07:12:59 精品范文 下载本文

第1篇:DSP原理及应用实验教学的研究与探讨论文

DSP原理及应用实验教学的研究与探讨论文

DSP原理及应用实验教学的研究与探讨

摘要:本文阐述了DSP原理及应用实验教学的主导思想和原则,,给出了DSP原理及应用实验教学的具体做法,提出了改革DSP原理及应用实验教学的基本思路。通过实验箱中课程实验的开展及扩展部分实验教学的开展,理论学习和实践教学深度结合,既能充分激发学生的创造能力,提高学生的分析和解决问题的能力,又能进一步加强对DSP原理及应用课程的理解,为其课程的学习和应用奠定了良好的基础,更有助于学生提高基本技能,巩固专业知识。

关键词:DSP原理及应用;深度结合;改革

一、引言

近年来,DSP技术在国内迅速发展,在数字通信、数字图像处理、语音信号处理、家电医疗等领域得到了广泛的应用。多年来,我校电子信息工程学院开设了“DSP原理及应用”课程以及相应的实验课程。学生通过该课程的学习和实践,掌握了基本的编程技巧和实现过程以及处理算法的能力,具备了系统开发的能力,为以后的工作和学习打下基础。[1]“DSP原理及应用”课程实践性很强,实验部分尤为重要。本文主要分析目前的“DSP原理及应用”实验教学存在的一些问题,并提出了一些改善教学方法的建议。

二、实验教学环节的总体结构

DSP原理及应用实验课程的实践性很强,主要包括设计性和验证性实验。[2]学生能够自己动手设计电路,编写程序,下载运行,自己独立完成各种竞赛,为学生就业提供有力的保障。

总体框图如图1所示。以5000系列DSP芯片为CPU,可完成键盘、LCD显示、电机控制部分、温度检测、交通灯实验、语音测试、温度检测、无线通信等实验,通过实验箱的操作,学生很直观地观察、优化程序,下载运行,得到结果。

主控制板的硬件提供实验箱的CPU模块,程序通过仿真机下载运行,直接查看结果。硬件扩展方面的实验简单直观,可以激发学生的学习兴趣。例如,学生可以进行I/O口的实验操作,交通灯实验的控制,学生很直观地通过改变代码得到四个方向的不同颜色的灯交替闪亮,也可以改变延时来得到不同的结果。

三、实验教学存在的一些主要问题

实验题目单一

对于部分验证性的实验,由教师讲解实验的工作原理并提供程序,学生验证结果。比如,在FIR滤波器的设计中,学生通过程序运行观看各种波形,通过观察窗口得到的时域和频域的滤波效果比较直观,但是很多学生对程序的设计和自己的编程能力并不是很了解,实验结束后部分学生并没有掌握实验和编程技能,甚至读不懂程序。

2.教材与实验设备不协调

学生在理论教学当中还在沿用TMS320C5402为CPU的设计、指令系统等。但是在实验教学当中实验设备和厂家的不同,比如C55xx系列的CPU,指令系统的不统一和内部结构的区别,要求学生对相应的指令系统要熟知。而很多学生看不懂例子程序,编程时频繁出错,需要在教材选定时注意实验教学和理论教学的协调。

3.整体规划的'匮乏

实验教学与理论教学没有做到很好的统一,实验教学应该由专门从事该专业的教师来教授。实验内容比较单一,新的实验设备没有得到很好的应用。实验教学应该与科研、应用结合起来,一些相关科研教师可以将科研中的新技术和方向带给学生,让学生真正了解该门课程的重要性,增加一些算法的研究,将图像处理以及语音信号处理等课程结合起来,真正做到学以致用。DSP实验教学当中更多地是把它作为一个16位的单片机来用,而忽略了它作为数字信号处理的真正的使用价值。[3]

四、提高实验教学的几点建议

1.统一规划

实验教学与理论教学统一,精选教学内容。实验教学是为了学生更好地理解理论知识,真正做到学以致用,DSP课程是一门设计性和实用性比较强的课程。[4]为了便于学生设计和应用,理论课程应该稍微超前实验课程,设计性的实验应该排在稍后。学生对整门课程有一个更深的了解后进行综合设计,效果会更好。学生通过系统的学习和综合复习,对课程的认识和学习会更加深刻,可以提高设计性实验的效果。

2.设计性的题目实用化

DSP实验内容要求学生完成一些比较直观的硬件设计,要求学生具备初步开发系统的基本能力,为了这个目标,实验的题目应该更实用化,与学生的就业联系起来。“DSP原理及应用”课程是为大四学生开设的一门专业课,实验教学应该本着实用性强、达到一定的应用效果为目的来开设。大四学生已经开始找工作,作为实用性较强的专业课,学生和工作岗位更倾向于一些关于科研、生产一线的课题,设计性的课题可以将种类和难度都多样化,给不同基础、爱好不同的学生提供自由的选择。我校的很多课题都与“DSP原理及应用”课程有关,比如数学图像处理、各种数字调制、语音信号处理等都可以作为设计性的实验。

3.网络资源的使用

开设网络课程,可以增加一些前沿课题的研究及发展和应用。随着互联网的广泛应用,DSP原理与应用实验课程可以借助网络资源来学习和提高自身技能。实验教师可以利用校园网来更新最新的实验内容和应用,激励学生认真完成相关内容的查找和预习过程。教师也可以录制实验教程视频,便于学生学习和操作。学生在进行实验操作之前,可以到网上查阅了解关键芯片、实验设备的有关知识和题目的发展、应用背景。通过网上选课或预约实验,学生可以根据自身需要做多个设计性的题目内容,也可以自行选择合适时间和实验教师。根据大四学生的本身问题,有些学生要考研或找工作或出国,改变以往的硬性安排,体现比较人性化的新教学理念。[5]

五、结论

对于DSP原理及应用实验教学方法的研究和探讨,我们提出几点建议和看法,在以后的教学当中要进一步实践、总结和完善。[6]本着加强实验教学当中的创新性,提高学生的实践能力,学生不仅学到了一门知识更是一门技术、一个工具。DSP原理及应用实验教学的探索和研究,需要考虑学生的就业要求,突出学生的综合能力、设计能力和创新能力的培养。DSP实验教学已经由单一的教学功能向着科研和实践的高水平实用性为目的而发展。[7]

第2篇:DSP原理及应用复习总结

DSP芯片的主要结构特点:哈佛结构、专用的硬件乘法器、流水线操作、特殊的DSP指令、快速的指令周期。

中央处理器的体系架构分为:冯·诺依曼结构和哈佛结构 冯·诺依曼结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取,经由同一总线传输,因而它们无法重叠执行,只有一个完成后再进行下一个。

哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。可以减轻程序运行时的访存瓶颈。

基础特性分类:静态DSP芯片、一致性的DSP芯片。数据格式分类:定点DSP芯片、浮点DSP芯片。用途分类:通用型DSP芯片、专用型DSP芯片。处理数据位数分类:16/32位 TMS320F2812芯片封装方式两类:179引脚的GHH球形网格阵列BGA封装、176引脚的LQFP封装。

DSP内部总线分为:地址总线和数据总线。注意:DSP外部总线:即DSP芯片与外扩存储器的总线接口,包括19根地址线和16根数据线。

时序寄存器XTIMINGx主要用于设置读写时序参数;配置寄存器XINTCNF2主要完成选择是种,设置输入引脚状态及写缓冲器深度;控制寄存器XBANK用于设置可增加周期的特定区,以及设置增加的周期数。

命令文件CMD是DSP运行程序必不可少的文件,用于指定DSP存储器分配。由两个伪指令构成,即MEMORY(定义目标存储器的配置)和SECTIONS(规定程序中各个段及其在存储器中的位置)。

28X系列DSP时钟和系统控制电路包括:振荡器、锁相环、看门狗和工作模式选择等

锁相环和振荡器的作用是为DSP芯片中的CPU及相关外设提供可编程的时钟芯片内部的外设分为告诉我社和低速外设,可以设置不同的工作频率看门狗模块用于监控程序的运行状态,它是提高系统可靠性的重要环节。

28xDSP片上晶振电路模块允许采用内部振荡器或外部时钟源为CPU内核提供时钟

DSP处理器内核有16根中断线,包括和NMI两个不可屏蔽中断和INT1至INT14等14个可屏蔽中断(均为低电平有效)。PIE中断系统共分12组,每组有8个中断复用1个CPU中断。采用三级中断机制:外设级、PIE级、CPU级

PIE中断工作原理:当某外设产生中断,IF被置1,IE也被置1,发送到PIE控制器,中断标志PIEIFRx.v被置1,中断请求发送到CPU,CPU级IFR中对应INTx被置1,IER和INTM被使能,CPU响应中断请求。

CPU定时器用户只能用T0,通用定时器是EV中的都可以用;CPU定时器只有周期中断,而EV中的通用定时器可以有上溢中断、下溢中断、周期中断、比较中断四种。

功能控制寄存器:GPxMUX、GPxDIT、GPxQUAL。

数据寄存器:GPxSET寄存器设置每个引脚为高电平;GPxCLEAR清除每个引脚信号;GPxTOGGLE反转触发每个引脚信号;GPxDAT读写每个引脚信号

事件管理器包括:通用定时器、圈比较PWM单元、捕获单元以及正交编码脉冲电路QEP 全比较PWM单元产生脉宽调制信号可以控制直流电机或步进电机的转速;捕获单元对光电编码器的输出信号进行测量可以计算电机的转速;正交编码脉冲电路根据增量编码器信号计算电机的旋转方向等信息。

通用定时器的寄存器:控制寄存器(决定通用定时器的操作模式,例如选择计数模式、时钟、预分频系数、比较寄存器的重装载条件)、全局控制寄存器(规定了通用定时器针对不同时间采取的动作、读取计数方向、定义ADC的启动信号)、比较寄存器(与通用定时器的计数值不断比较,匹配时,相应引脚跳变,请求中断)和周期寄存器(决定定时器的计数周期)是双缓冲的通用定时器的中断:上溢中断、下溢中断、比较匹配、周期匹配

每个通用定时器都支持4种计数模式:停止/保持模式、连续递增计数模式、定向递增/递减计数模式和连续递增/递减计数模式。

EV模块各有3个全比较器,每个比较器对应两路PWM输出

每个比较单元包括3个比较寄存器CMPRX,各带一个映像寄存器;1个比较控制寄存器;1个动作控制寄存器;6路带三态输出的PWM引脚以及控制和中断逻辑。

较单元的输入包括来自控制寄存器的控制信号,通用定时器1的时钟信号及下溢信号、周期匹配信号和复位信号。比较单元输出信号是一个比较匹配信号,如果比较操作被使能的话,比价匹配信号将中断标志置位,并在对应的PWM引脚上产生跳变。比较单元的工作过程:通用定时器1的计数值不断地与比较寄存器的值进行比较,当发生匹配时,该比较单元的两个输出引脚发生跳变;ACTRA寄存器定义在发生比较匹配时每个输出引脚为高有效电平或低有效电平。

PWM单元对称/不对称波形发生器、可编程死区单元DBU、PWM输出逻辑和空间向量SVPWM状态机组成。ADC模块的特点:12位模数转换内核,内置双采样/保持器;顺序采样模式或并行采样模式;模拟输入电压范围0-3v;快速的转换时间,最高采样率12.5MSPS;16通道模拟信号输入; 并行采样:AdcRegs.ADCTRL3.bit.SMODE_SEL=1;顺序采样为0 双排序AdcTegs.ADCTRL1.bit.SEQ_CASC=0;级联排序为1 AdcRegs.ADCMAXCONV.all=0x0033并双;7并级;77顺双;F顺级 AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV00=0x0 ADC工作模式:连续模式和启动/停止模式。ADC电源:上电、掉电、关闭模式。

上电顺序:给参考电源上电、给adc内部参考电源电路供电、adc模块完全供电后,等20μs才能执行第一次模数转换。

28x DSP的输入信号电压不能高于3.3V,模拟信号需经过调理后进入DSP的AD转换输入端口,未使用的模数转换器输入引脚,都要连接模拟地,否则会带来噪声信号

电源管理电路设计:多电源正确连接;不允许有电源引脚悬空;减少噪音和互相干扰,数电和模电单独供电,接地也分开,最终通过一个磁珠在单点连接

DSP编程语言特点:c语言:具有良好可读性和可移植性,开发率高;汇编语言:高的运行效率,常用语时间要求比较苛刻的地方,比如终端服务子程序。

头文件的作用:是c语言不可缺少的部分,是用户程序和函数库之间的纽带;头文件使用:用户程序只要按照头文件中的接口声明来调用库功能,编译器就会从库中提取相应的代码 C语言程序框架包含有寄存器结构定义文件、外设头文件、器件的宏与类型定义等,通过使用头外设文件,可以容易控制片内外设。

DSP程序包括:头文件包含、函数声明、宏定义、主函数main()和中断服务子程序

主函数的编程步骤:1初始换系统控制2清除所有中断并初始化PIE向量表3初始化所有用到的外设4开中断5编写用户代码 #include “DSP281x_Device.h”

#include “DSP281x_Examples.h”

interrupt void cpu_timer0_isr(void); void main(void)// {

InitSysCtrl(); DINT;

InitPieCtrl();

IER = 0x0000;

IFR = 0x0000;

InitPieVectTable(); EALLOW;

PieVectTable.TINT0 = &cpu_timer0_isr;

EDIS;InitGpio();InitCpuTimers();

ConfigCpuTimer(&CpuTimer0,100,1000000);

StartCpuTimer0();IER |= M_INT1;

PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx7 = 1;

EINT;

ERTM; …… }

interrupt void cpu_timer0_isr(void)

{

CpuTimer0.InterruptCount++;

PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1;

}

第3篇:《DSP原理及应用》课程设计教学大纲

课程设计中文名称:DSP原理及应用课程设计

课程编码: 设计周数:2周 学 分:2学分

开课学期:第6学期 开课单位:通信工程学院

一、课程设计的教学目的和任务

通过本课程设计教学所要达到的目的是:通过对课程设计任务的完成,使学生理课题教学的理论

内容,并且能够掌握和熟悉DSP的开发流程和基本的编程方法。同时,由于设计中涉及到各种器件的 使用,可以起到综合运用各种技术和知识的作用。本课程设计的任务是:任务分为基本要求和提高要 求。在基本要求中,学生要通过串口对指示灯进行控制,同时完成对串口数据的采集和发送。提高要 求是通过程序编写,完成对EVM板上的FLASH 进行烧写处理,从而使基本要求的程序可以脱机运行。

二、课程设计的主要内容

在TMS320VC5410EVM板上实现对信号的采集和发送。信号通过信号源提供给串行ADC,而

DSP从串口把ADC转换后的数据读入到DSP中。最后,从同一个串口,DSP把数据发送出去,通过 DAC编程模拟信号。在示波器上可以进行观察,输入同输出的信号是相同的,仅仅具有一定的

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第4篇:《DSP原理及应用》考试试题

2013级硕士研究生《DSP原理及应用》考试试题

方向:姓名:成绩:

1、试分析下列程序产生流水线冲突的原因,并说明如何解决该流水线冲突。

STLMA, AR0

LD*AR0, B(12分)

2、循环循址是实现循环缓冲区的关键,简要说明循环缓冲区中循环循址算法的基本工作原理。(12分)

3、试分析DSP与通用微处理器相比有哪些优势,为什么DSP处理器更适合做数字算法的处理。(12分)

4、有一个阶数为N=8的FIR滤波器,其单位冲击响应序列h(n)如下:h(0)=0.1, h(1)=0.2, h(2)=0.3, h(3)=0.4, h(4)=0.4, h(5)=0.3, h(6)=0.2, h(7)=0.1,试根据上述滤波器的特点,编写一个DSP程序实现该滤波器。要求用循环缓冲区法实现。(16分)

5、直接型二阶IIR滤波器的差分方程为:

y(n)b0x(n)b1x(n1)b2x(n2)a1y(n1)a2y(n2)

试用循环缓冲区法实现直接型二阶IIR滤波器。(16分)

6、试用DSP上的定时

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第5篇:DSP原理与运动控制系统课程教学研究(精)

DSP原理与运动控制系统课程教学研究

茅靖峰,吴爱华,吴

(南通大学 电气工程学院,江苏 南通 226007)摘要:“DSP原理与运动控制系统”课程具有知识面宽、综合性和实践性强的特点,是一门较为难教难学的课程。为了切实培养学生的DSP技术应用能力,取得良好的教学效果,本文从课程的教学目的,教学内容、教学方法和课程考核方式等方面进行了一些有益的教学研究和探讨,对电气控制类DSP技术的教学有一定的参考意义。

关键词:DSP原理;运动控制;教学研究;任务驱动法

中图分类号: G642.3;TM301.2

文献标识码:A

文章编号:1008-0686(2007)01-0008-03 Teaching Research of “DSP Principle and Motion Control Systems”

MAO Jing-feng , WU Ai-hua , WU Xiao(Institute of Electrical Engineering, Nantong University, Nantong

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第6篇:DSP原理与应用教学方法研究与探索(精)

2011年第14期 数字信号处理器(Digital Signal Proceor, 简称DSP 是伴随着 数字信号处理技术和集成电路微电子技术的高速发展应运而生的, 为数字信号处理算法的实现提供了高效而可靠的硬件基础, 已成 为数字信号处理算法的主要实现手段。DSP应用遍及信号处理、通 信、语音合成和图像处理、医疗设备、家用电器等领域, 已成为电气 工程、自动控制、仪器仪表类专业需要掌握的前沿高新技术。[1,2]因 此, 为更好地适应课程教学的需要 , 培养掌握DSP技术的专门人才 , 研究和探索DSP课程的教学改革方法具有重要的意义。

一、课程内容及特点

在DSP领域, 美国TI(Texas Instruments 公司的TMS320系列 DSP已成为当今世界上最有影响力的DSP芯片 , 约占世界市场份额的 60%左右, [3]其中2000系列作为TI DSP家族三大系列之一, 不仅具 有高速运算和信息处理能力, 而且具有低功耗、高性价比及高外设 集成度等特点, 将实时处理能力与外设功能集于

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