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自动化专业“DSP原理及应用”课程教学研究

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《DSP原理及应用》是本科阶段自动化专业一门重要的专业课。DSP由于既有高速的定点、浮点数据处理功能，又具有实时性强、低功耗等嵌入式处理器的特点，其被广泛地应用于工业自动化领域。TMS320F28x系列DSP在工业应用中使用较为广泛，常用于做电机、工业低频信号处理芯片，因此《DSP原理及应用》作为有效连接自动化专业理论与实践的课程，对于自动化专业本科教学有重要作用[1-3]。我们希望通过课程改革增强《DSP原理及应用》与其他课程的联系，加深学生的接受程度，提高学生的有效的工程实践能力。一、课程的定位及目标《DSP原理及应用》是自动化专业一门重要的专业课，一般在大四第一学期或大三第二学期开设。通过本课程的学习，学生应掌握TMS320F28x系列DSP的硬件结构及工作原理，学会DSP软硬件分析和设计的基本方法。通过一定数量的实验，使学生掌握DSP应用系统设计的一般步骤及软硬件设计方法。具体来说对于本科阶段自动化专业的学生需要结合之前学习的课程和就业方向掌握《DSP原理及应用》课程的知识点如下： 1.能够掌握DSP芯片片内的硬件结构；能够掌握DSP芯片的主要特征；了解DSP芯片的应用领域。在学习过程中与之前学习过的单片机、PLC、ARM等处理器分析比较，明确DSP芯片的主要特征；熟悉不同系列DSP芯片的应用领域；熟悉DSP芯片的发展趋势。 2.能够掌握DSP的引脚及其功能；掌握存储器扩展、看门狗定时器、通用输入/输出引脚、片内外设寄存器编程及外设中断。在学习过程中能够结合硬件电路设计明确DSP引脚功能、存储器扩展接口设计；根据实例程序理解片内外设寄存器各位功能、掌握中断流程。 3.能够正确使用硬件仿真器；能够正确使用集成开发环境CCS，能够编程DSP的工程文件。能够建立DSP的C工程文件、头文件、源程序、连接命令文件、库文件、目标文件、初始化段和未初始化段、DSP的C程序举例。学习的过程中学生要能通过实验独立安装集成开发环境CCS；调试集成开发环境CCS；在电脑上编写工程文件中的各个文件。建立工程文件。 4.能够掌握通用定时器结构及工作原理；掌握PWM波形生成；掌握捕捉单元、QEP电路、事件管理器的中断；掌握事件管理寄存器设置。学习的过程中运用实例理解通用定时器计数模式；运用实例学会PWM波形生成方法；结合实例学会捕捉单元、QEP单元的应用。 5.掌握SCI模块的结构；掌握串口通讯流程。在学习过程中通过硬件电路设计进一步理解DSP控制器SCI串口；软件实现SCI串口与DSP控制器通讯。 6.掌握自动排序器原理、自动排序模式；掌握ADC寄存器编程。学习过程中结合实例理解自动排序器排序模式；学生编写程序理解A/D转换。 7.掌握各硬件电路的特性和参数设计；掌握硬件电路的测试方法；具备DSP硬件电路的分析、设计、测试能力。了解电源电路设计、复位电路设计、时钟电路设计、JTAG电路设计、存储器扩展设计、电平转换电路设计、CAN接口电路设计、RS232/485接口电路设计、A/D、D/A电路设计；运算放大器电路设计；功率驱动电路设计。学习的过程中结合硬件电路设计进一步理解DSP各部分功能；硬件电路的测试；硬件和软件的联合测试。学生的能力目标：（1）具备DSP软件和硬件综合设计能力；（2）具备DSP的软件开发与C语言编程能力；（3）具备DSP控制器线路的设计、焊接、调试、装配、故障分析与排除等方面的能力；（4）具备电气试验、电气装配、电气检修等方面的职业能力；（5）具备根据系统性能指标选择合适的嵌入式芯片的能力。二、自动化专业应增强的内容 1.应当增强与自动化专业其他课程的连接。《DSP原理及应用》一般在大四第一学期或大三第二学期开设。在《DSP原理及应用》授课前，学生已经学习了自动化专业的大部分专业课，所以在教学过程中要注意这门课与其他课程的连接。首先是增强与“运动控制”相关课程的连接。《DSP原理及应用》课程是集嵌入式设计原理、自动化专业知识、信号处理算法软件与硬件设计为一身的结合体。“DSP原理与运动控制系统”的两大组成部分应该是有机地联系在一起的。DSP技术在运动控制中的应用不仅能够培养学生对DSP技术应用的整体理解能力，也可以帮助学生加深对电机技术、计算机控制技术、自动控制原理、信号采集技术、自动检测技术等领域知识的融合与认识。增强学生的“系统设计”感念，能够培养学生的系统综合能力和创新能力。所以在讲授《DSP原理及应用》过程中应当注重与“单片机”“嵌入式系统设计”“PLC原理及应用”“直流调速系统”“交流调速系统”“数字信号处理”“信号与系统”“MATLAB原理及应用”“自动控制原理”“C语言程序设计”等自动化专业课程的联系。例如在讲授《DSP原理及应用》中DSP基