浅谈MATLAB辅助DSP技术课程的教学

浅谈MATLAB辅助DSP技术课程的教学
目前，数字信号处理技术已得到了广泛的应用，数字信号处理器件（DSP，Digital Signal Processing）的功能也越来越强大。

MATLAB是美国MathWorks公司开发的一种科学计算软件，在科学计算、控制系统、信息处理等多种领域有着广泛的应用。

把MATLAB和DSP开发工具结合在一起，可以像操作MATLAB变量一样来操作TI DSP的存储器或寄存器[1～3]。

“DSP技术及应用”课程重点是DSP芯片的基本原理和常用DSP芯片的应用，要求学生熟悉DSP芯片开发工具及使用方法，掌握DSP系统的软硬件设计和应用系统开发方法，具备从事DSP 系统开发的能力。

在DSP技术及应用课程教学中发现，教学过程中理论和实践衔接不明确，对学生真正进行DSP系统工程设计也缺乏实质性的帮助。

如何将理论与DSP技术课程很好地结合起来，是我们需要探索的问题。

在数字信号处理与MATLAB语言相结合的方面，国内外教材已经有了多种模式[4～5]，但是目前通过MATLAB辅助DSP技术及应用课程教学的相关研究还很少。

本文提出通过MATLAB辅助DSP技术及应用课程教学，结合典型实例进行讲解，有助于学生对DSP技术抽象的理论原理与实际系统工程设计相结合的理解。

1 教学方法的改革思路及方案
1.1 改革与实践方案
为了解决“DSP技术及应用”课程中存在的问题，采取MATLAB辅助DSP技术课程教学的方法，从两方面开展：一方面针对选修DSP技术及应用课程的学生具备数字信号处理相关理论基础的情况，将MATLAB语言引入教学过程中，通过MABLAB仿真语言所具有的功能函数，对数字信号处理基本关键概念结合直观演示进行诠释。

另一方面，基于MATLAB来开发DSP系统的思想，结合典型的FIR滤波器实例以及CCSLink工具的使用方法，把DSP系统设计中的算法仿真、系数产生、结果验证、用户界面等环节交由MATLAB完成，将MATLAB 辅助DSP系统设计的思想贯穿到“DSP技术及应用”课程教学中去。

1.2 基于MATLAB的DSP系统设计
集成在MATLAB中的CCSLink工具提供了MATLAB、TI DSP及其集成开发环境CCS的双向连接，使得可在MATLAB环境下对CCS和DSP目标板进行包括
内存之间的数据交互以及控制DSP程序的运行等操作。

在DSP技术及应用课程教学过程中，对于将MATLAB辅助DSP系统设计用于教学方面，在不过于考虑DSP代码效率低以及难对代码进行汇编级优化，在产品开发中实用性很差等问题的情况下，可以充分利用MATLAB强大的可视化、数据处理和分析工具对DSP 中的数据进行分析和再处理，以辅助DSP系统设计，可以显著地提高初学者学习DSP技术及其应用课程的效率。

2 系统设计的教学实现
2.1 教学实现方式
利用CCSLink可实现MATLAB与CCS以及目标DSP之间的数据交互，包括使用与CCS IDE的连接对象、与RTDX（Real-Time Data Exchange）的连接对象以及嵌入式对象三种工作方式。

为了便于“DSP技术及应用”教学实现，我们重点将第一种实现方式穿插到MATLAB辅助DSP技术课程教学过程中去，结合具体的、简单的、典型的工程实例开展讲解，利用与CCS IDE的连接对象创建CCS IDE 和MATLAB的连接，从MATLAB命令窗中运行CCS IDE中的应用程序，查询目标DSP的状态信息，修改或读取目标DSP的存储器或寄存器中的数据，并调试DSP程序。

2.2 课程教学实例
数字滤波器是一个采用有限精度算法实现的线性非时变离散系统，它的设计首先根据实际需要确定其性能指标，再求得系统函数H（z），最后采用有限精度算法实现。

DSP芯片有專用的数字信号处理函数可调用，实现FIR滤波器相对简单，为了充分将MATLAB辅助DSP技术及应用课程的教学，通过MATLAB中的CCSLink工具来进行DSP的辅助设计。

通过建立MATLAB/Simulink模型，根据所需设计低通滤波器技术指标来确定滤波器的阶数和截止频率等参数，然后结合MATLAB产生的滤波器系数，并编写DSP滤波主程序，在DSP的CCS集成开发环境中将编译链接的工程代码加载到目标DSP板上，DSP采用TMS320VC5416实现，实验教学部分结合SEED-DEC5416 DSP实验箱进行。

利用CCSLink提供的与CCS相连接的对象，在MATLAB 环境中通过运行MATLAB程序代码可以运行已经加载到目标DSP中的应用程序，从而在MATLAB环境下直接更新DSP输入缓冲区中的数据。

在MATLAB辅助DSP的FIR滤波器教学实例中，除了算法仿真以及系数产生部分由MATLAB辅助完成以外，还可以通过MATLAB的可视化功能辅助FIR滤波器图形用户界面
的设计，增加修改参数以及绘制DSP输入输出数据的时域及频域信号等控制操作功能。

将MATLAB的各项功能充分引入到“DSP技术及应用”课程教学过程中，同时调整教学大纲，合理安排学时，利用CCSLink辅助设计基于TMS320VC5416的DSP应用系统，结合典型实例进行讲解，可以达到利用MATLAB辅助DSP技术及应用教学的目的，而利用MATLAB的GUI工具设计相应的图形用户界面，也进一步加深学生对DSP技术及应用的理解。

3 结语
将MATLAB仿真语言引入“DSP技术及应用”课程教学中，将DSP技术相关的理论知识结合典型实例进行讲解，使学生加深了DSP技术课程所需要的数字信号处理基本理论的理解，进而增强了对DSP技术抽象的理论原理与实际系统设计相结合的理解。

充分利用MATLAB中强大的可视化、数据处理和分析工具，将MATLAB辅助DSP系统设计的思想穿插于“DSP技术及应用”课程教学中，在提高了授课灵活性的同时，也提高了学生的学习兴趣和积极性。

参考文献
[1] 杜磊，薛重德，任志国.基于DSP的代码生成及应用[J].微处理机，2010，32（2）：93-96.
[2] 段国强，陈月云.MATLAB辅助DSP设计的研究与实现[J].微计算机信息，2007，23（7）：130-132.。