DSP原理及应用（精选十篇）
DSP原理及应用 篇1
DSP是针对各种数字信号处理算法而设计的一种可编程的微处理器,是现代电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和信号处理技术相结合的产物。采用DSP来实现对数字信号实时、快速处理成了当前的发展趋势,其在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪器仪表、信息家电等高科技领域获得了越来越广泛的应用。随着社会对DSP人才需求的增加,学生对掌握DSP技术有着越来越浓厚的兴趣,这也使得很多高校在电气信息类专业及相关专业中都开设了《DSP原理及应用》课程。然而,DSP课程有其自身的特点[1]:
1)综合性强:《DSP原理与应用》课程的知识综合性强首先体现在它需要数字电路、模拟电路和数字信号处理等方面的知识基础。其次,学习DSP需要计算机原理的相关知识。学习DSP不仅要掌握它的硬件结构,还要学习软件编程。因此DSP是门综合性很强的课程。
2)偏重应用:《DSP原理与应用》课程的目标是培养学生的对DSP的实际应用能力,这也决定了课程本身更强调实践环节。因此,实验平台建设和实验内容的合理规划是教学研究的关键。
3)内容多:《DSP原理与应用》课程的内容较多,包括DSP的硬件结构、指令系统、汇编程序设计、高级语言编程、开发工具以及外围硬件设备的搭建等。
4)芯片种类多,更新换代快:DSP厂商众多,不同厂商开发的DSP芯片在软硬件上的差异很大。即使是同一个DSP厂商,其生产的DSP芯片型号也多种多样,不同型号的DSP芯片无论从硬件和软件上也都有很大差别。随着科技发展速度加快,DSP产品的更新换代速度也越来越快,《DSP原理与应用》课程的内容也需及时更新。
本文主要针对DSP课程的特点,为了培养的学生能够更好的满足社会需求,提出了一种开发式教学模式,它包括开放式理论教学和开放式实验教学,经实践证明该方法可行性高,学生反响良好。
2 开放式教学模式的定义
开放式教学模式是一种以知识教学为载体,以学生的发展为核心的教学模式,把关注人的发展作为首要目标,通过创造一个有利于学生生动活泼、自主的教学环境,提供给学生充分发展的空间,从而促使学生在积极主动的探索过程中,各方面素质得到全面发展。DSP开放式教学模式包括开放式理论教学模式和实验教学模式。
2.1 开放式理论教学模式
开放式理论教学是指在教学过程中对教学内容的选择来源于书本而又不拘泥于书本,对不同DSP芯片共性的东西进行讲解,同时要求对常用DSP芯片的个性进行讲解,使学生通过学习了解各种DSP芯片的特征和基本的使用方法,增强社会对人才的满足度和认可度。
一要合理选择教学内容。DSP芯片的种类多,型号多,且不同种类的芯片的硬件结构和软件编程的方法各不相同。因此,《DSP原理与应用》课程的教学内容的选择余地大。我们针对通信工程专业、电子信息工程专业特点,选择市场占有率高,具有很高性价比的TI公司的TMS320C55x系列DSP芯片作为教学的目标芯片。在具体教学内容上突出DSP芯片的高速的数据处理能力和数据I O性能,以及为实现这些性能所具有的硬件结构(包括运算单元、总线结构、流水线、DMA控制器和相关外设等)和软件系统(包括指令、寻址方式等)。选用当前流行的DSP集成开发环境CCS(Code Composer Studio)作为开发平台,方便学生对DSP程序的仿真调试。
二要打破一书一课的传统教学方式。DSP课程的开设是为了让学生能够掌握数字信号处理系统的设计方法和基本调试手段,虽然在教学内容会侧重于TMS320C55x芯片,但还是应该对DSP系统做一个总体的描述,并且将各个公司DSP芯片的主要特点进行一定的讲解。这样,学生在以后的工作中才能对具体的DSP芯片很快的上手使用。
2.2 开放式实验教学模式
开放式实验教学模式是介于常规实验教学形式和开放实验室之间的一种实验教学方式,是学生自己选择实验内容、实验时间,实验人员在一定范围内可以由学生自由组合的一种实验教学模式。它吸取了常规实验教学形式和开放实验室两者的优点[2]。
一要加强开放实验室的使用,建立开放实验室的完善的规章制度,让同学在课余时间能够更多地投入DSP学习和开发中去。开放实验室包括实验时间的开放、实验设备的开放和实验项目的开放。通过开放实验室可选择性给了学生自由发展的空间,加强了学生对实验问题、实验理论的思考和学习,为学生的创造性思维打下了基础。
二要打破实验指导书式实验,采用为学生设置实验任务、要求和提供指导性解决方案进行实验。目前很多高校的DSP实验室都是基于试验箱的实验,学生直接在指导书的一步一步指导下进行实验,不能有效的培养学生创新性思维和实际解决问题的能力。开设设计性实验,为学生设置任务要求或提出解决问题的方案,要求学生设计一个完整的DSP系统的设计(包括硬件系统的设计、驱动程序开发、应用程序开发等),从而具有DSP系统的初步开发能力。
2.3 开放式理论教学和实验模式的结合
“把课堂搬到实验室去”,这是我们针对教学与实验分离提出的改进办法。DSP技术的内容大都比较抽象,软件开发环境功能多,操作比较复杂。通常我们在课堂上先讲解,然后学生再到实验室通过实验去理解、验证,尤其是软件操作,等学生进入实验室可能把老师讲授的相关内容忘了近一半。在实验室讲课,可以让学生一边学习一边操作,观察实验现象,这样可以收到事半功倍的效果。另外,实验内容应该和理论教学有效的统一起来,实验为理论教学服务,让学生在实验过程中领悟理论学习的重要性。
3 DSP开放式教学模式应用初探
我校《DSP原理及应用》开设时间在大四第一学期,共开设54课时,其中理论课时42,实验课时12。开设该门功课时学生学习了“信号与系统”、“数字电路”、“微机原理”、“数字信号处理”和“单片机原理及应用”等课程。本课程在讲授时注意和“数字信号处理”课程的结合,教学重点放在用DSP实现数字信号处理算法[3]。
3.1 理论教学模式的设计
课时分6个部分:
1)DSP概述和TMS320C55x的硬件结构。详细介绍了TMS320C55x的体系结构与原理,内容包括总线结构、中央处理器、存储器结构、片内外设电路和系统控制等。同时介绍TMS320C54x、TMS320C6000系列系统结构。共10学时。
2)TMS320C55x的指令系统。介绍数据的七种寻址方式和指令系统。介绍T I的C2000,C5000,C6000指令系统的异同,共6学时。
3)DSP软件体系和集成开发环境CCS。重点介绍C55xx的软件体系,包括寻址方式和基本指令以及CCS等,共8学时。
4)应用程序设计。介绍了数字信号处理和通信中最常见、最具有代表性的应用,如:FIR滤波器、IIR滤波器、FFT变换、正弦信号发生器等实现方法,共6学时。
5)TMS320C55x片内外设、接口及应用。从应用的角度介绍了主机接口、串行口、定时器和中断系统应用设计。共4学时。
6)TMS320C55x的硬件设计。主要介绍了基于TMS320C55x DSP系统的硬件设计方法。首先概述了系统的硬件设计过程;其次详细介绍了DSP系统的基本设计,包括电源电路、复位电路和时钟电路的设计;然后介绍了DSP电平转换电路的设计、DSP存储器和I/O的扩展、DSP与A/D和D/A转换器的接口设计;最后通过两个实例介绍DSP系统的硬件设计,共8学时。
在每部分的教学内容安排中,都会规划出1～2个课时讲解其他类型DSP芯片的相应知识,讲解过程力图把DSP芯片和单片机、CPU进行类比,帮助学生更好的理解DSP的特点。另外,为了使学生更好的掌握所学的内容,力图边讲解边用实验验证。将一些难以理解的内容直接放到实验室进行。例如在讲授DSP的集成开发环境和DSP指令时,理论教学只需要占1/3,其余都用来给学生进行实际操作与摸索,这样才能让学生真正熟悉DSP的集成开发环境CCS与DSP指令。
3.2 实验教学模式的设计
实验教学时,除了要做好开放实验室,保证学生有足够的时间和方便的利用实验条件外,在实验内容的设计上也要作好规划。
DSP有很强的工程性、技术性和实践性,课程学习的目标是培养学生的对DSP的实际应用能力[5],因此,在实验项目方面设置了验证性实验、综合实验和创新性实验三个层次的实验,每种实验都采用设置任务要求,任由学生自己设计解决方案。对于验证性实验,如DSP资源的初步教学、CCS环境的熟悉和DSP数据存取实验等,既要求学生验证实验结果,也会对实验中设置一些问题要求学生解决。综合实验主要锻炼学生应用DSP综合实验平台开展一些综合实验。如电机的控制与显示等,给学生充分的发挥的空间。创新性实验使学生可以根据自己的兴趣和研究需要(如:课题论文研究,竞赛设计专题)具体选择和设计实验内容,独立完成设计任务,包括软件和硬件设计,使学生对DSP的硬件和软件全面掌握,具有初步进行工程实践的能力。具体课时分配为验证性实验、综合实验和创新性实验分别为4、4、2。在整个实验教学中,教师应改变过去按部就班的教学模式,以启发式的方式指导实验,当学生在实验中出现问题时,教师从基本概念、解题思路及实现方法上引导学生,促使其积极思考,发现问题,解决问题,真正使他们成为实验课的主体。
4 实际教学效果
随着社会对人才要求的提高,原有的大学培养模式下培养出来的仅有理论而不能动手的学生已不适应社会需求。特别像DSP这类课程本来就强调解决工程中的实际问题,“以前的授课为主,实验为辅”、“教学与实验分离”的模式根本不适合DSP的教学,通过在2005级、2006级和2007级电子信息工程专业的《DSP原理及应用》课程教学中采用开放式教学模式,都取得了较好的效果。学生在“挑战杯”、电子设计大赛等一系列竞赛中取得奖项,表现出较强的动手能力和创新能力。同时,我们也应该看到,各种类型的高性能的DSP芯片不断出现,还会给高校的DSP教学带来新的挑战。
参考文献
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DSP原理及应用 篇2
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(n1)b2x(n2)a1y(n1)a2y(n2)
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上的定时器设计一个方波信号发生器，并通过DSP的输出引脚XF输出。要求方波信号的周期为40s，占空比为50%，方波周期由片上定时器0确定，假定DSP系统时钟频率为4MHz。请根据要求写出设计参数，并编写相关程序。（16分）
DSP原理及应用 篇3
关键词：DSP技术；教学改革；项目驱动
一、引言
数字信号处理器（DSP）是当今嵌入式系统开发的热点之一。随着DSP芯片运算能力与外设功能的大幅度提升，其应用领域日益广泛。美国德州仪器的TMS320F281X系列DSP芯片内集成了高速的DSP内核及大量flash存储器、高速RAM存储器以及面向电机控制的事件管理器、多通道的高速A/D转换模块等，为设计功能复杂的数字控制系统提供了高性能的单芯片解决方案，广泛应用于精密运动控制、数字电源、可再生能源电力线通信、家用电器，医疗设备等领域。
二、课程内容与教学现状
本院选用TI公司C2000系列TMS320F2812作为学习对象，课程要求学生掌握有关DSP硬件、软件及相关片内外设的基本知识。目前，大多数DSP课程的教学顺序基本上都是DSP芯片内部硬件结构、中断系统、片内外设、编程语言、人机接口及应用系统设计，各知识点教学相对独立。而DSP课程的理论性又非常强，即使教师讲解得非常透彻，但是没有实际动手设计系统的过程，学生对理论知识还是无法理解，更不要说应用了。如何才能通过实践理解理论、应用理论，做到理论与实践的完美结合，成为教师迫切需要解决的问题。
三、基于项目的DSP教学改革
1.改革的总体思路。现在大多数高校DSP课程的学时都不多，而课程的理论性很强，在有限的课时内讲解完理论后，根本没有动手设计系统的时间。学生自己不动手设计应用系统，永远也理解不了书本上知识。如果教师在教学过程中能让学生边学边做，按照项目模块安排课程内容，通过具体的项目组织课程讲解，重新组织编排教学内容，合理科学地进行教学内容体系改革，就可以让学生在自己动手完成项目的过程中重新构建相关理论知识，并发展职业能力。
2.理论与实践教学项目化。在理论教学中，不应只是简单介绍芯片的组成结构和工作原理，而是应该把相关的理论知识结合项目进行讲授。在学习阶段，可以让学生做一些简单的项目，但无论项目大小设计中都基本包括项目名称、项目的预期功能、相关理论知识的讲解、硬件电路设计、软件编程及调试、电路板的焊接、软硬件的集成调试等几个方面的工作内容。在项目的设计和调试过程中，学生做到了理论和实际应用的融会贯通，增强了动手能力，为今后就业打下了坚实的基础。
3.课程项目设计与教学案例。在DSP技术及应用教学中，引入项目驱动教学法，根据课程的知识体系设计了一个直流电动机调速系统项目。项目中包括DSP最小系统、人机接口、事件管理器、ADC模块、驱动模块等理论知识和实践技能。项目使用到的元器件有32位F2812DSP芯片、微型直流电动机、驱动模块L298、霍尔传感器、光电编码器等。教师对每一个器件用途進行由浅入深的详细讲解。项目所需要的元器件确定之后，就可以用proteus软件画出硬件设计电路图。依据实际工作的所需画出软件流程图，根据软件流程图，用CCS2000软件进行程序的编写、调试，最终下载到电路板进行软硬件的集成测试。
可以把较大的项目任务按模块进行分解，然后再对学生进行分组，每组中的成员分工进行每个模块的调试，单个模块的测试通过后，再整合成一个调速控制系统，所有成员一起进行集成调试。这样既增强了学生的动手能力，又培养了学生的团队合作精神。
4.考核方式的改革。DSP是一门以应用为主要目标的课程，因此课程考核中也应着重考查学生的综合应用能力和系统设计能力。具体的考核办法如下：在考核时，首先让学生自己选择一个合适的课题或者教师推荐DSP应用系统课题，如果课题较大的话，可以几个学生为一组共同完成系统设计；课题确定下来之后，在规定的时间内，学生要查找资料确定设计方案；方案一旦确定下来，就要着手具体的设计工作，应详细记录设计中遇到的问题解及解决方法，在最终的答辩考核中要进行阐述；作品完成后，小组中各个成员都要整理资料，做出整个开发过程的PPT进行答辩。
四、结束语
把项目驱动教学法引入DSP技术及应用教学中，强调简要介绍芯片原理，着重加强对学生综合应用知识能力的培养，使其在有限时间内既掌握DSP基本原理，又以明确的应用目标为牵引充分锻炼编程开发能力和实际动手能力。
参考文献：
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DSP原理及应用 篇4
关键词：DSP,实践能力,创新能力,教学改革
信息技术的飞速发展, 极大地推进了社会生产力的进步, 人们可以从日常生活中明显体会。信息技术的重要领域之一就是DSP (Digital Signal Processing, 数字信号处理) [1,2]。DSP可以代表数字信号处理技术, 也可以代表数字信号处理器 (Digital Signal Processor) , 两者密切相关, 前者是理论和计算方法, 后者是实现数字信号处理的集成芯片, 但一般是指数字信号处理器[3]。基于DSP技术发展和教育部对电子信息类专业的基本要求, 各大高校中的相关专业都开设了有关DSP原理与应用技术的课程, 而且根据自身的具体情况制定教学方案。
一、《D S P原理及应用》课程分析
《DSP原理及应用》课程是电子信息类专业的一门重要专业课。课程主要教学目标是让学生了解DSP的基本原理, 掌握DSP的硬件结构、指令系统、基本编程方法和基本实验技能, 培养学生分析问题与解决问题的能力, 使学生具有一定的动手实践能力, 为毕业设计以及毕业后从事专业工作打下必要的基础。
《DSP原理及应用》课程是一门专业技术课, 与《单片机原理及应用》课程一样都是介绍有关硬件知识并结合硬件进行软件编程, 不同之处是单片机一般应用于相对功能单一的控制场合, 硬件结构简单, 软件编程一般没有复杂算法;而DSP可以应用于信号处理, 硬件结构复杂, 软件编程大多要结合数字信号处理算法[4]。故在《DSP原理及应用》教学过程中需要在讲明其硬件结构的基础上结合相关算法介绍软件编程。
本课程涉及的是刚刚兴起的技术, 是一门新颖的、具有很强实践性的专业课程。因此, 这门课程除了理论教学之外, 还应该有大量的实验教学作为支撑。在实际授课过程中, 一般都安排了课程实验和课程设计两个实践教学环节, 使得学生能通过不同层次的实践, 由浅入深地掌握DSP, 利用其解决实际问题[5,6]。
作为一所应用型本科院校, 教学的指导思想是让学生在学完课程之后能够很快地将所学知识应用到实践中去。因此, 在实验过程中, 力求让学生能将课本上的设计方法与实际相联系起来, 使其在学完这门课程后能利用DSP的有关知识独立设计开发一些具有工程意义的DSP应用系统, 而不仅仅只会在实验箱上完成简单的功能验证。
二、“兴趣先导, 夯实基础”—理论课程改革
1.“兴趣是最好的老师”
在传统的教学中往往更重视教师的教, 而在一定程度上忽视了学生的学, 造成了教师讲课滔滔不绝, 学生的学习效果却不尽理想的局面。其实教学是教师的教与学生的学之统一[5]。教学目的是既让学生掌握课程知识, 又培养其相关能力。在整个教学过程中, 要坚持以学生为主体, 以教师为主导。教师在讲授课程的同时, 如何体现学生的主体地位, 激发学生的学习兴趣, 是教学中至关重要的问题[7]。
首先, 重视教学的第一课。第一课是讲授绪论部分, 介绍DSP的发展概况、特点、应用情况等。这部分内容理论性不强, 和现实生活连接紧密。采用多媒体教学手段重点介绍DSP的发展趋势、应用前景以及对人们日常生活的改变, 容易激发起学生的求知欲。另外, 通过首次授课要尽可能建立起师生间的信任感。心理学研究表明人与人间的第一印象很重要, 师生之间的彼此信任可以有效消除学生在学习新知识中的焦虑情绪, 培养其学习积极性, 增强学习兴趣[8]。
其次, 重视课上互动与课下交流。教学是人与人的特殊交流活动, 不是教师对学生的单向灌输, 而是学生与教师一起对相关知识的共同学习、探讨及再现的过程[6]。在课堂上, 教师在按照教学计划、教学大纲的要求讲授相关内容的同时, 要关注学生对知识点的反馈效果, “从学生的眼睛中看到其理解情况”, 并根据其理解情况及时调整讲授的速度与方式。下课以后, 要定时、不定时的与学生交流, 这样既可以直接了解学生对课堂讲授的意见, 解答学生学习中遇到的问题, 又可以从中建立起师生间的互信。教师与学生的交流, 对学生学习的充分关注, 都会使学生获得学习的成就感, 促进其学习的兴趣。
2. 重视基本概念, 夯实理论基础
“千里之行, 始于足下;百层高台, 起于垒土。”DSP硬件结构复杂, 指令繁多, 软件编程时往往要结合数字信号处理算法, 故《DSP原理及应用》课程教学的任务很重。在以往的教学中往往有按照知识点平均用力的倾向, 这样费时费力, 但教学并不理想。要达到良好的教学效果, 必须重视基本概念的理解和基本方法的掌握。只有学生对DSP硬件结构有较深认识, 对指令系统熟练掌握的情况下, 才可能进一步深入的学习。人们学习知识总是从已知的向未知的拓展。所以在DSP课程教学中, 可以类比单片机来介绍DSP硬件结构, 讲解其指令系统。这样学生可以更容易掌握DSP的有关知识。总之, 通过各种手段夯实DSP理论基础, 为进一步学习和工程应用做好准备。
三、“做中学习, 联系实际”—实验与课程设计改革
实验与课程设计作为课程的实践环节是整个教学过程的重要组成部分。在传统的教学理念中, 往往把实践环节看作理论课程的从属, 在实践内容上停留在对理论知识的简单验证。这样实践环节往往不能取得良好的效果, 而且也严重影响了对整体课程知识的把握。在实际教学中, 笔者发现重视实验与课程设计环节, 规划和实施好实践方案, 对课程教学有极大的促进作用。
1. 合理安排时间, 在实验中学习
实验是对课程重要教学内容的具体实践。实验比较简单、短小, 其主要目的是促进学生对相关知识点的记忆和理解, 让学生能够通过实验把理论知识融会贯通, 最终把抽象的理论变成具体的实践。
以往对于有实验的课程, 教师为了便于实验室时间安排, 往往会把实验统一安排在理论课程结束之后集中做。这样安排的一个严重弊端是使理论与实验相脱节。学期末做实验所需要用到的概念和编程语言等都是学期中期甚至是学期初期所学的。对于刚刚接触这门课程的学生来说, 要清楚记住二、三个月前所讲授的DSP硬件结构和指令系统是很困难的。从实际情况来看, 学生也觉得这样安排实验效果不太理想。
现在有一种新的学习理念, 就是“做中学”, 也就是在实践中学习[7]。具体说, 就是合理安排实验时间, 让实验作为课程知识体系的关键点, 贯穿于课程学习的全过程。对于DSP实验, 就是先分析课程的重点、难点, 确定实验内容, 然后将实验按照课程教学进程, 合理地分布其中, 使实验对课程教学起到提纲挈领的作用。理论学习是对知识的理性认识, 实验则是感性认识。在理论学习之中合理安排实验, 还可使感性认识与理性认识相交融, 最终促进理性认识, 增强教学效果。
2. 联系工程实际, 更新实验内容
《DSP原理及应用》课程具有很强的实践性, 与理论性课程相比, 它更加贴近工程实际。所以本课程的教学任务不仅仅是让学生掌握DSP的硬件结构与指令系统, 而是将所学的DSP技术应用于实际工程中去。由于DSP技术发展迅速, 相关的教材和参考资料更新速度很快。为了使教学不落后于工程实际, 必须及时更新理论和实验的教学内容, 做到与时俱进。要尽量做到实验内容都有工程背景, 这样能让学生感到实验不脱离实际, 增强其学习兴趣。
课程设计是在课程实验基础上的综合性实践, 时间为一周左右。与课程实验不同, 课程设计要求学生能够综合应用多个知识点, 结合工程背景, 完成具有一定实际功能的DSP应用系统。所以课程设计的目的不再是简单记忆和理解各个知识点, 而是在此之上的综合性工程实践。
3. 结合科技活动, 培养创新人才
现代教育理念强调, 学生的能力培养要贯穿于教学工作的始终。培养具有创新精神的人才, 是当代教育的重要任务[5]。教学是循序渐进的过程, 课堂教学的结束不意味学生学习的结束, 而是学生消化课堂知识并深化提高的开始。创新只能在实践中造就。对于实践性、工程性很强的课程, 课堂教学的时间毕竟十分有限, 计划内的实验与课程设计也只能满足一般的要求。有针对性的开展学生课外科技活动, 增加学生自主学习和实践的机会, 对这些课程有特别的意义。根据学生的学习状况和专业兴趣情况, 在课外科技活动中设计一些工程性题目供学生在课余时间学习研究, 理论联系实际。这样可使学生在自主学习与实践中, 培养和锻炼自身的学习能力和创新精神。
四、小结
通过对《DSP原理及应用》课程的教学改革与实践, 有效增加了学生动手实践的机会和提高了教学质量。课程结束之后, 学生普遍反映“学习有思路, 动手有办法, 收获很大”。从以前的照搬课本和实验讲义变为现在创新性地设计简单实用产品。不仅巩固了课堂上所学的DSP理论知识, 而且能运用所学知识, 设计并实现具体的DSP应用系统, 对DSP技术及其设计流程有了切身的体会和理解, 为今后的学习和工作打下了扎实基础。
参考文献
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DSP原理及应用 篇5
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一身, 非常适于电 气设备和自动装置的控制, 符合洛阳理工学院电气工程与自动化系(以下简称 “我系” 所设专业的特点, 因此, 选择TMS320LF240x 系列DSP作为讲授和应用对象。
从授课体系结构看, DSP课程由理论和实验两部分组成, 主要 包括DSP硬件资源、寻址方式与指令系统、程序编写与软件开发、片 内外设的应用设计以及实验环节等。该课程特点如下。[4](1 学时少 , 内容多, 综合性强。大多数高校DSP课程的学时 都安排32~48个学时, 理论教学约为24~32个学时, 实验教学约为 8~16个学时。在计划学时内, 不但要掌握DSP的硬件结构, 学习汇 编语言 , 而且还要学习片内外设的应用设计等, 课时不足, 学生普遍 认为学习难度较大。
(2 实践性强。课程的目标是培养学生DSP应用设计能力, 决 定了教学本身更注重实践环节。但由于受学时和考核方式的限制, 传统教学普遍存在重理论、轻实践的弊端, 忽略了对学生动手能力 的培养。
(3 DSP芯片种类繁多, 更新速度快。不同公司的DSP芯片在 硬件和软件上都存在很大差别, 即使同一公司不同系列DSP的硬件 结构和汇编指令也不尽相同。此外, 大多数DSP技术资料都是英文 文献, 学生不易理解和接受。
因此, 针对DSP课程特点和教学存在的问题, 改革教学内容、手 段和方法, 确定一个科学的教学体系势在必行。
二、教学目标与手段
我系自动化本科专业开设了DSP原理与应用课程, 总学时40学 时, 其中 , 理论教学32学时, 实践教学8学时。该课程安排在大四上 学期, 这时学生大都已经修完 “单片机原理”、“C语言设计”、“数 字电路”、“微机原理” 及 “数字信号处理技术” 等相关课程, 为本 课程的学习奠定了坚实的基础。
教学目标是教育方法的导向, 有什么样的教学目标决定了应采 用什么样的教学方法。DSP原理与应用作为一门重要的专业课, 其 主要任务是使学生掌握DSP芯片的基本工作原理、常用算法、片内 外设的硬件设计及软件编程方法, 基本的开发调试技巧。同时, 通 过课堂教学和实验研究的紧密结合 , 培养学生理论联系实际的思维 方式, 提高他们的动手和实践能力。通过一个系列DSP芯片的学习, 能够举一反三, 学会把握其他系列或其他公司DSP芯片的学习方 法, 为以后使用DSP器件实现复杂数字信号处理算法及相关DSP技 术的研发工作提供必要的专业理论知识和实践技能。
由于DSP课程学时少、内容多, 在教学安排时务必做到精炼, 并 且能反映知识学习与能力培养的有机结合。理论教学应根据不同内 容采用不同的方式来组织教学, 以多媒体为主, 板书为辅, 并结合 操作演示和实物等多种教学手段。[5]对于DSP硬件结构和片内外设 的基本工作原理等内容, 采用多媒体为主, 对于难点和重
点, 教师 可通过板书进一步演示、讲解和推导, 加深学生印象。在课件制作 中 , 应对内容进行提炼和剪裁, 做到简明扼要, 突出重点, 尽量避免 课本的重复和大量文字的堆砌, 可通过多媒体动画的演示, 使授课 内容变得通俗易懂。在介绍CCS集成开发环境时, 可将理论教学搬 进实验室, 教师进行多媒体演示, 学生进行同步操作;对于DSP片
DSP原理与应用教学方法研究与探索 王 燕 姚惠林
摘要:DSP原理与应用是一门工程性和实践性都很强的综合性课程, 但由于该课程具有学时少、内容多、知识面广等特点, 传统教学普遍存 在重理论、轻实践的弊端。因此, 为改善教学效果, 培养有技术、有创新能力的应用型人才 , 从改革教学手段、教学内容和教学方法入手 , 激发学 生学习的热情与信心, 提高学生动手能力和实践水平, 为实现复杂数字信号处理算法及相关DSP技术的研发 工作提供必要的专业理论知识和实 践技能。
关键词:DSP;课程特点;教学手段;教学方法
作者简介:王燕(1981-, 女, 河南驻马店人, 洛阳理工学院电气工程与 自动化系, 讲师;姚惠林(1964-, 男 , 湖北荆州人, 洛阳理工学院 电气工程与 自动化系, 副教授。(河南 洛阳 471023 中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2011 14-0082-02 DOI编码:10.3969/j.issn.1007-0079.2011.14.042 课程教材 总第201期
内外设的应用设计 , 可用多媒体展示硬件设计的原理图及软件流程 图, 并结合TMS320LF2407实验开发板进行讲解, 使学生对DSP外 设的应用设计形成直观和系统的认识。
三、教学方法研究与探索 1.采用比较式教学方法
考虑到单片机与DSP器件有相似之处, 在讲解时应注重这两者 的区别和联系, 以增强教学效果。已选修过单片机的学生对单片机 的体系结构与软硬件设计都有一定的认识和轮廓感, 在学习DSP时 会不自觉地进行比较理解, 能较快地接受和进入新课程的学习。比 如中断系统的学习, 单片机和DSP的很多基本概念、原理及使用方 法都是相似的, 如中断向量、中断优先级、中断标志及中断屏蔽等, 有了单片机中断系统学习的基础, 学生就很容易理解DSP的中断系 统, 因此, 讲授的重点应放在它们之间的区别上。(1 在中断服务 程序的末尾, 必须安排一条返回指令 , 单片机用的是RETI指令;而 DSP是RET指令。(2 单片机和DSP都有一个中断总开关位, 在主 程序的初始化中 , 必须把中断总开关位打开 , CPU才能开放中断, 单 片机是通过写1(SETB EA 来使其中断;而DSP2407则是通过写0(CLRC INTM 实现。
2.采用分组讨论式教学方法, 摆脱以往以教师为中心 , 学生被动 接受知识的传统教学模式。
对于DSP片内外设的应用设计 , 可给出一个具体示例, 把学生分 成若干小组进行讨论。具体问题能激发学生强烈的好奇心与求知 欲, 对增强学生获取知识的主动性以及培养独立解决问题的能力是 非常有效的。
如介绍CAN控制器模块时, 在讲解CAN模块基本原理、相关 寄存器及发送接收操作后, 结合教师参与过的科研项目——基于 CAN总线通信的果蔬采摘机械手控制系统, 把采摘机械手收获果 蔬的相关视频短片作为辅助教学, 激发学生的学习热情, 让学生 对CAN总线形成一个真实的感知认识, 最后再分组讨论如何从硬 件和软件两方面实现机械手各关节和上位机的CAN总线通信。讨 论结束后, 教师对结果进行补充、修正、评价和总结。这样不仅可 以激发学生自主学习的主动性, 还可以进一步培养他们的团队合 作精神。
3.弱化教学难点, 突出应用能力的培养
在DSP教学中, 汇编语言的学习一直是一个难点, 它的指令系 统比单片机要多很多, 即使同一公司, 不同DSP之间的指令也不尽 相同, 若像讲解单片机指令时逐条讲解, 不但会使学生产生畏难心 理, 而且难以达到预期的教学目的。因此, 只介绍一些简单常用的 指令 , 其他指令不要求马上掌握, 而是在需要时再去查找指令手册, 这样经过反复查找, 一些常用指令就被学生自然而然地掌握了。即 使这样, 要在较短时间内学会编写一个完整的汇编程序 , 对学生来 说还是很困难的;相比而言 , C语言的学习要简单得多, 因为大多数 学生都有C语言编程的基础。但在用C语言开发DSP程序时, 可能会 遇到一些对实时性要求较高或需要对DSP的底层资源进行操作的 场合 , 这时就会给开发带来一定的难度, 而且对于某些操作, C语言 根本无法实现, 如对INTM、OVM、CNF等位的操作, 如果把C语言 和汇编语言结合起来, 程序主体由C语言来控制;对实时性要求较 高或需要对DSP底层资源进行操作的代码用汇编语言实现, 如FFT 算法的编程, 这样可以使二者取长补短, 相得益彰, 达到对DSP软硬 件资源的最佳利用的目的。
4.加强和引导学生动手能力的培养, 突出实践教学在DSP教学中 的重要地位 DSP课程强调培养学生DSP应用系统的设计能力, 但由于实践 教学仅有8学时, 除去2学时的CCS集成开发环境配置实验, 实验学 时只剩下6学时, 远远不能满足实践教学的需要。
因此, 把实践教学扩展到12学时, 在实验内容上, 仅安排了基础 性实验, 夯实基础很重要, 只有在熟练掌握基础性实验以后, 才能 更好地引导学生根据自己的兴趣和研究需要进行综合实验和创新 实验。
基础实验主要有 :事件管理器模块中的定时器实验、PWM脉冲 实验及正交编码电路实验;A/D转换、串行通信接口和CAN通信实 验、快速傅里叶变换实验等。目的是让学生掌握软件调试工具CCS 的使用方法, 加深对理论课程的理解, 熟悉DSP片内外设的软硬件 设计方法。
但仅凭12学时实验尚无法实现让学生精通设计DSP系统应用, 因此, 还应鼓励有兴趣的学生在课余时间自行设计实验, 增加学生 自主学习和实践的机会。
另外, 在实验时间安排上, 也摒弃以往课程结束集中实验的做 法, 而是采取按照课程进度合理安排实验, 让实验贯穿于理论学习的全过程, 使实验对教学起到提纲挈领的作用。
四、结束语
通过对DSP课程的教学改革与实践, 大大提高了学生学习的积 极性和主动性, 教学效果明显改善, 但在课程的教学过程中仍然存 在很多问题和不足有待改善, 这就要求教师在以后的教学中不断 更新教学理念, 改革教学内容与方法, 切实培养学生实践和创新能 力, 为今后深入学习和应用DSP打下扎实的基础。
永磁磁力传动原理、应用及前景 篇6
一、永磁传动技术原理、分类及优缺点
1.原理及分类。永磁传动技术是利用磁性材料间异性相吸、同性相斥的原理，通过磁耦合将磁能转化成机械能的过程。目前的永磁磁力传动分为转子式永磁传动、永磁离合式传动、涡流式永磁驱动和永磁悬浮式装置等四种传动模式。1）转子式，特点：通常由主、被动磁组件外加隔离套三部分共同组成，三组件构成同心圆环体。开发产品：磁力传动阀门、磁力传动泵、磁力调速器等，部分入市场应用，部分尚在研发。2）涡流式，特点：由永磁转子、铜转子和控制器组成，永磁转子与铜转子构成圆盘模式。开发产品：有限矩型磁力耦合器，延时型和调速型的磁力耦合器等，已投入市场应用。3）离合式，特点：由主、被动磁盘和控制器联合构成，主动磁盘同被动磁盘呈现圆盘模式。开发产品：永磁制动器和永磁离合器。部分产品已投入市场使用。4）磁悬浮式，特点：分为圆周磁悬浮和直线导轨类磁悬浮两种。开发产品：无轴承电动机、磁力轴承以及磁悬浮导轨等，部分形成产品，部分正在研发。
2.磁力传动优缺点。优点：1）结构简单，组成构件少，发生故障点很少，功能可靠性较高。2）功能相对较全，能够实现过载保护、轻载起动、离合制动和调速等众多功能。3）能够基本实现结构间无摩擦传动，从而使用寿命相对较长。4）能够实现无泄漏传动功能，适合在核电、化工及航天等领域使用。5）永磁磁力装置的重量与体积相对很小。6）永磁磁力传动装置不会对环境造成污染。7）永磁磁力传动装置的安装调试十分便捷。缺点：1）永磁传动技术尚处于研发阶段，除磁力阀门和磁力泵等比较成熟的产品之外，都处于待推广和开发阶段，指导这种技术的用户比较少，对该技术类产品不敢轻易采用。2）对永磁材料的整体性能要求较高，当材料受到温度高于临界程度时，材料出出现不同程度的退磁现象。所以磁力传动装置在高温下工作不适宜。永磁调速过程中存在涡流损失，同时也存在滑差损失，这就导致永磁装置散热较大，这就要求这种传动装置的散热性良好，否则无法解决高能热量，就会引起轻微退磁现象。这成为永磁磁力传动装置的一项重大缺陷。3）永磁材料通常是脆性较高的材料，如果转速达到一定程度，在受离心力的影响下，脆性较高的永磁材料就会损坏，造成设备故障，这无疑限制了永磁装置的使用范围。4）为了保质保量，转子式的永磁传动装置通常都采用高级永磁材料制造，这种材料性能相对提高，但造价成本高昂。涡流式的永磁传动装置则在使用永磁材料外，同时使用一定其他贵金属材料制作而成，成本相对较高。很难参与到普通传动装置的竞争当中。5）对于永磁材料的处理，加工过程和装配过程都显得比较困难。6）永磁材料会随着时间的推移而出现磁衰现象。
二、常见永磁传动装置
1.磁力联轴器。在输送危险性介质时，化工泵存在泄漏可能。危险介质泄漏将会造成环境严重污染，同时损失了流失的工作介质。如果在工作介质当中存在毒素或者其他有害物质，则很可能造成重大安全事故。而解决介质泄漏的关键技术就是对于密封性问题的解决方案。密封部件间存在相对运动的密封成为动密封，反之为静密封。静密封通常密封效果理想，而动密封效果则比较差，目前的动密封设施都存在一定的磨损和泄漏危险。而磁力联轴器传动过程是通过永磁体的磁力性质完成的，属于无接触式传动。在主动轴与从动轴之间，不存在柔性或刚性连接。这就使得磁力联轴器的密封共组相对容易，并且密封效果相对突出。
2.永磁带轮式传动。在普通的带传动模式中，带与带轮间存在弹性滑动，同时常会出现过载打滑现象。相对来说传动不稳定且效率低下。由于带与带轮间靠摩擦传动，很容易磨损带，并且降低使用寿命。而永磁带传动是基于磁學理论和摩擦传动学理论形成的新模式带传动。这种方式利用永磁体产生的磁力闭合回路实现金属带的动能传递。这种新型带传动方式传动比范围广，弹性滑动小、精准度和传动效率高，并且使用寿命长久耐用。
3.永磁轴承。传统的滚动轴承和滑动轴承应用在各种领域，但在高速旋转的工作环境下，很容易造成轴承磨损。而永磁轴承的诞生解决了这一问题。永磁轴承是基于磁感应原理制成的无接触式传动轴承。这种轴承通常只承受径向力和轴向力，但不会增加磨损，所以使用寿命相对较高。同时由于无摩擦，所以无需使用润滑油，同时可作为高速旋转轴承使用。
4.永磁齿轮传动与凸轮机构。基于磁力理论基础研发的永磁非接触式齿轮传动解决了机械齿轮的噪声和振动等不良因素，同时提高了齿轮传动的可靠性。永磁齿轮没有轮齿，而是由多个扇形永磁体成圆环状排列组成。通过磁场的耦合来传递转矩和力，实现齿轮动力传导。永磁齿轮传动缺点是转矩较低，同时易腐蚀。而基于相似原理产生的永磁凸轮结构则在凸轮机构领域取得了良好的效果。它具备无磨损、无噪声和无振动的优点，同时易于加工，得到广泛发展应用。
三、永磁磁力传动的发展前景
永磁传动技术的发展起步较晚，同时发展时间相对较短，该技术在应用过程中还存在一定的问题。比如：永磁传动技术的发展较晚，很多性能不够完善；永磁传动装置制造相对困难，同时成本相对较高，性价比很低；永磁传动的很多设计目前仍处于理论研究程度，无法实现；永磁传动装置设计缺乏有效的完善的设计方式，需要不断实践总结；磁路设计方面，永磁装置中多体渐变技术尚未充分应用；永磁磁场计算精度有待提高。随着时代的发展，世界环境保护、能源节约备受关注。能够有效提升能源利用率，开发新能源，并且保护环境成为当代科学研究的重点方向。永磁传动技术在节约能源和危险介质防泄漏、减少污染方面具有突出表现，必然适应时代发展，取得更多的研究成果，广泛应用到各行各业。新型磁性材料的不断涌现，高性能材料将大大提升永磁性能，在很多基于永磁原理而产生的科技中，必然成为一项光明前景的新科研内容。
总结
永磁磁力传动技术这种耦合传动技术在经过短短几十年的发展之后，取得了十分可惜的成就，比如磁力联轴器在防止磁力泵泄漏中的很重要作用。虽然目前永磁磁力传动技术仍然存在大量缺陷，但不妨碍磁力传动技术的发光点。永磁磁力传动技术的各项优点在各个领域已经取得了一定的成果，未来的发展过程中，该技术必然随着科学技术的飞速提升而取得更大的研究成果。永磁磁力传动技术前景一片坦途。
《DSP原理与应用》教学改革浅析 篇7
随着电力电子、自动控制技术、智能仪器仪表、机电一体化等技术的迅速发展, DSP的应用越来越广泛, 《DSP原理与应用》课程成为本科电子信息工程、通信工程、自动控制、生物医学工程等专业的专业必修课, 为了更好地提高学生的实践能力, 激发学生的自主创新能力, 经过教学过程中的不断思考与研究, 现就《DSP原理与应用》课程的教学内容、教学方法、考核方式等几个方面提出了一系列新想法和新思路。
1 整体优化教学内容体系
《DSP原理与应用》是一门理论性和实践性都很强的课程, 根据该课程的教学要求, 在教学内容中提高了设计性和综合性实验的比例, 所以在教学内容上, 重点考虑了如下问题:
1.1 避免仅仅从理论上去对DSP技术进行
分析和介绍, 而是在详细的介绍DSP的硬件概况、内部资源 (如中断和定时器、DMA控制器以及HPI接口等) 、各种硬件接口技术、DSP的汇编语言、C语言以及混合编程程序设计的基础上, 详细讲授了DSP最小应用系统的设计;并通过对基于DSP的语音信号处理和数字电话系统的研制这两个典型案例的学习, 对如何设计DSP应用系统进行了详细而具体的介绍, 使学生能很快地掌握常用的应用系统设计。
1.2 增加实验课程学时, 在开设验证性实
验的基础上为学生提供大量实用性、典型性的接口设计实例和设计方案, 进一步提高学生动手实践能力, 培养学生的创新思维。
1.3 详细介绍DSP应用系统中常用的外围
器件, 例如各种存储器芯片、新型功率器件等进一步丰富教学内容, 激发学生的学习兴趣, 拓宽学生的知识面。
2 实验教学的改革
在以往的实验教学中存在着许多问题, 例如实验教学内容陈旧, 所开设的试验中大多为基础的验证性实验, 设计性和综合性实验很少, 研究开发性的实验更少。《DSP原理与应用》是一门应用性很强的课程, 注重理论与实践密切结合, 理论与实践相结合不仅是在讲解理论课时补充一些实践内容, 或做一些演示实验, 而是从真正的意义上要求培养学生的自己动手能力, 提高学生的创新能力和实践能力。因此在教改中首先加大了实验课所占的比例, 其次主要在以下几个方面进行了改进。
2.1 整体优化实验教学内容体系
在原有的实验内容上去掉一部分验证性实验, 增加更多的设计性和综合性实验, 利用湖北众友公司生产的ZYE1081C型号实验箱建立三种层次的实验教学平台, 即基础性和验证性实验平台、设计性和综合性实验平台、研究性和开发性实验平台。建立了这些实验平台不仅加强了基本技能的训练, 也加强了综合能力和研究开发创造能力的培养。
基础性和验证性实验是必做的实验, 通过这部分实验使学生掌握DSP实验软件CCS的使用方法如程序的调制, 断点的设置等。设计性和综合性实验作为选做实验, 让学生根据自己的兴趣选择所喜欢的实验, 这部分实验主要使学生掌握DSP基本的硬件接口设计方法、用不同的语言编程方法以及软硬件综合调试方法。研究性和开发性实验是为了培养学生综合应用知识能力和创新能力而设置的, 一个好的典型的开发性实验不仅可以培养和检验学生应用理论知识、掌握基本实验技能等方面的能力, 也为学生提供了一个较宽阔的思考空间和选择余地, 让学生发挥各自的创造思维和能力, 使学生的创新意识和能力受到启发和锻炼。
2.2 机动灵活安排实验
为了便于实验安排, 传统教学模式是整个单元理论课讲完后, 再集中进行实验。这样做的弊端是理论与实践脱节, 不利于知识的接受与掌握。如果灵活地将实验安插在教学过程中, 不但可以克服这个难题, 还有助于提高教学效率。
例如在讲解了DSP的主机接口HPI内容后, 马上让学生做主机接口实验;在讲解了中断系统后, 马上让学生做中断实验。这样安排, 是因为学生对理论知识还记得很深刻的情况下进行实践, 不但进一步使学生理解了理论内容, 将所学的理论知识与实践结合起来, 而且能够提高学生综合运用知识的能力, 提高教学效率与实验效果。
2.3 开放实验室
由于DSP实验课程学时的有限以及不同学生接受能力的差别, 让全部学生在相同的时间内完成难度不同的实验, 实际上存在着很多问题, 为了能够让每个学生能够实实在在的完成自己的实验, 能够真正的通过实验学到更多的知识, 鉴于在单片机课程的教改中通过开放实验室的方法为学生提供学习机会和环境而取得的好成果, 在这次的《DSP原理与应用》课程的教改中, 把开放实验室作为实验教学改革的主要方法, 为学生提供充分的时间、空间和实验环境, 进一步激发学生学习DSP技术的激情, 而且也进一步培养了学生的自我实践能力和创新能力。实践证明这种方法不仅提高了学生理论结合实践的能力而且减轻了指导教师的压力同时提高了教学效率。
3 教学方法的改革
3.1 教学方法现代化
《DSP原理与应用》是一门实践性很强的课程, 采用理论讲解加实验的教学模式教学效果一般, 而且每次讲完理论课, 即使立刻去做相关实验, 学生往往还是会忘记一部分教学内容, 同时对于这种实践性很强的课程, 理论讲解比较抽象, 学生理解困难, 因此采用理论实践一体化教学方法, 先通过多媒体课件进行理论讲述并引发相关问题讨论, 激发学生的好奇心, 然后让学生去做相关的验证性和设计性实验, 以加深抽象的理论知识的理解, 并选择选择典型的案例进行启发式教学, 逐步培养学生的理论与实践相结合的思维和能力, 培养学生的自主学习精神。这样学生有了学习的主动性和积极性, 教学效果也就得到了显著的提高。
3.2 开展课题讨论、项目开发
在每个学期的期末都会为《DSP原理与应用》课程安排一周时间的课程设计, 利用这段时间, 对学生进行分组, 采用任务驱动的教学方法, 安排学生进行课题讨论研究和项目开发、撰写相关论文报告, 并且把每个小组的完成情况作为学生成绩考核内容之一, 实践证明这个过程不但培养了学生的自学能力和实践能力, 而且也为学生做毕业设计奠定了基础。
4 考试方法的改革
实践证明要真正的培养学生的创新意识、实践能力、学习主动性, 就必须对考试方法进行改革, 用以激发学生的学习兴趣和自我创新意识。因此采用的评判方法是既有理论知识的笔试, 又有实际操作, 以及课程设计三项考试成绩按一定的比例最后综合成总的成绩。
结束语
DSP原理及应用 篇8
1 DSP逆变式悬挂直流点焊机的工作原理分析
三相电流和滤波变压器主要是相互阻隔的关系,通过多次的高频转换能够在DSP控制器上完成三相交流,能够有效地完成低压脉动直流电的转化工作。在这工作期间会涉及到输出电流和输出电压的反馈,然后对控制器做出相关的分析,即反馈作用,能够对逆变器IGBT进行有效的控制,进而更好地对整机进行控制,还能够对整机的恒电流和恒电压进行控制,实现对恒功率的控制。机器对电路进行控制越简单,其主动性能变越好,响应的速度也就越快,控制精度也就越高,所以会得到更好的焊接质量。
分析DSP逆变式悬挂直流点焊机,这种机器在技术上具有一定的创新,主要是将当前来说,世界上最为先进的高频逆变和软启动技术应用在一起,同时联合DSP数字控制技术,将其合理地应用在电焊机的领域之内,使其进行有机的整合。进而能够有效地解决变压器功率较大的问题,同时对于大电流整流和整机的散热效果延展成一定的影响。通过高频逆变技术的应用,能够有效的减少变压器的体积,进而使得焊钳与焊压器实现一体化。能够减少连接变压器和焊钳的两次通水电缆。这种情况也能够在很大程度上消除电流的两次通水电缆的能量消耗,可以有效地节约两次通水电缆的购置和费用的维护。
2 DSP逆变式悬挂直流点焊机的技术优势研究
分析DSP逆变式悬挂直流点焊机,它和市场上所现有的销售公平分体式悬挂点焊机的技术相比,具有十分优越的优势。首先是在频率上进行调整,从50Hz提升到了10k Hz,同时将变压器的质量也进行了有效的缩减,减少了大约90%以上。同时对变压器的体积也进行了缩减,缩减到了原来的1/10左右,这能够在很大程度上节省铜材,而且它能够有效地实现焊接和变压器的一体化,在某种程度上,能够有效地提高电能的功率因数,使他对于电网所产生的冲击大大减少。在实际应用过程当中,将电磁兼容性引入其中,能够使其启动和电容滤波相关的电路,并对自身产生干扰,无法防止电网污染情况发生。这种设备对于变压器也能够采用一定的屏蔽措施进行屏蔽,主要是对变压器的电磁进行屏蔽,能够有效减少电子对操作而导致的伤害,这种设备可以将交流点焊,改为直接的电话,电焊过程中,能够有效地将焊接质量提升,发挥出焊接的最大效果,同时还能够将焊机的范围进行拓展,对于各种的铜、铝等多种材质的合金的焊接也实现了有效性。它能够有效地解决轿车车身高度钢板的焊接问题,对硬件的控制电路也起到了一定的作用,可以有效地减少调试和维护程序,降低相关的运行成本。
该设备可以将晶闸管的控制转变为IGBT的控制,从原来的电源控制芯片转化为DSP控制芯片,可以对电池进行模拟,将其转化为数字电源,并且可以采用数字化的控制技术,有效提升电焊机的动态特性,也能够改变控制精度,使工作更加的稳定。而且点焊机的显示屏幕上也增加了中英文互译菜单,逐渐实现了触屏操作,能够更好的是人机结合更为便利,有效地实现了操作的简单方便。点焊机也提升了焊接的性能,同时也拓宽了焊接所应用的领域。焊接的频率比以往提升了10倍之高,且变压器的体积开始缩小,具有更加明显的节能效果。在整机的设计上,减轻了整机的质量,一方面可以有效的节约相关的材料,另一方面也节省了生产所需的成本。通过DSP进行数字控制,能够更好地提升其焊接的精度。
3 DSP逆变式悬挂直流点焊机的应用前景研究
DSP那便是悬挂直流点焊机的应用优点,不但节能节材,而且能够有效的减少其对于人体的因为电磁波而产生的辐射,同时还能在很大程度上节约成本,这是建立节约型社会的必然选择,也有助于环保,可以促使我国可持续发展。使用过程中可能会因为一些因素的影响,因此必须采用直流焊机的方式来进行工作,它能够降低因为焊接飞溅而导致的不良现象出现,产生了更好的焊接成型效果。具有很高的焊接质量,变压器的体积会明显变得更轻,所以能够为推广变压器和焊钳一体化做出较大的贡献。在汽车制造厂工位之上,好的人机合一的实现,可以将焊接质量降低到42kg,与相同工位的焊接比较,其焊接的飞溅不但小,而且能够形成更加透明的优势。
DSP高频逆变式悬挂直流点焊机已经被开始着手进行研制,这种机械可以将传统的汽车焊装车间当中的耗能高等不良情况直接的改善,能够大大降低配电设备的高费用,可以减少用电成本,也能够有效改善对于电缆的再次使用。分体式点焊机开始退出了应用市场,特别是在当前这种节能环保的环境下,使用节能减材低辐射高质量的点焊机,更符合应用的前景,而这也是汽车制造的一次飞跃。
4 结论
本研究主要分析DSP逆变式悬挂直流点焊机的原理和应用,文中简单地就机械原理、机械特点进行探索和分析。最近这些年,高频逆变和数字控制技术开始在国内外得到了较为广泛的应用,但是点焊机因为需要的功率较大,又因为各种原因,导致在国内的使用并不多见。分析DSP逆变式悬挂直流点焊机的原理,能够促使其更好地应用到实际生产当中,也可以促使DSP逆变式悬挂直流点焊机的各项功能得以更好地实现。
参考文献
[1]韩玉琦,陈志伟,戴建明,李家波.DSP逆变式悬挂直流点焊机的原理及其应用[J].电焊机,2014,27(5):487-488.
[2]王宏文,王俊彪,王睿,等.基于DSP的无头轧制专用焊机电源的数字化设计[J].焊接技术,2015,23(3):216-217.
DSP原理及应用 篇9
1 总体架构设计
采用数字化调制器的设计的九种处理单元基本架构及功能分配如图1所示。主要包括取样单元、帘栅模块单元、隔离控制、输入输出单元、音频预处理单元、数字放大控制单元、光发射单元、光接收单元以及功率模块单元等。
其母板中线路采用总线结构, 即每一个插槽对于其他插槽所插的模块DSP来说都相当于一个外部存储单元, 这样的的好处是可以大大提高系统统用性, 有利于系统得不断完善和升级。母板留有两个扩展插槽, 留待单边带和数字广播使用。输入输出单元负责模拟音频采样后, PCM信号的压缩编码、传输噪声处;理数字信号的解码;50路返回模块状态信号转化成模块电压输出因子;系统预失真参数计算;高压连锁控制信号编码;音频接口信号状态检测等。
2 音频接口设计
系统具有输入信号模式检测功能, 可以自动识别模拟音频和数字音频。
对模拟信号进行PCM编码 (采用的A/D变换器为CS5396, 其采样精度为24Bit, 标准的音频采样率:32KHz、44.1KHz或48KHz, (可编程) 动态范围为120dB) 、缓冲存储 (采用先进先出的随机存储器IDT7205-15;字长为24Bit, 存储容量为8K。
数字音频信号在广播系统中一般采用的是MPEG-1或MPEG-2格式。经过解码后, 送入接收与缓冲存储 (采用FIFO RAM先进先出的随机存储器IDT7205-15;字长为24Bit, 存储容量为8K) ;这部分电路可以和 (1) 共用 (分时复用) 。本单元解码工作对附加信息进行识别和确认之后, 去掉附加信息, 但是信号仍以子带编码的方式传给后续单元。
对调制器及帘栅功率模块状态信息进行分析和编码, 供数字放大单元使用。对反映模块工作状态的50路光信号的监测模块反馈回来的光信号经过光—电转换以后, 送给输入输出单元。根据反馈信息来判断模块工作情况:外电降低、部分模块输出电压降低、模块关断等, 针对这些情况, 控制器需要对调治器或帘栅输出电压进行一定补偿。由于光返回信号与模块输出电压有如下线性关系关系:
所以精确测量37Khz的方波信号频率可以计算出模块输出电压。频率测量电路通过50选1的转换开关, (或模拟开关) 由DSP系统控制选择某一PSM块顺序测量出频率值。测量电路采用基准时钟脉冲 (20MHz时钟) +计数器的形式测量37KHz方波的频率, 如果测量频率范围为:20KHz～50KHz。则需要的计数器计数长度为:20000/20=1000, 需要10位以上的计数器, 这里我们选用12位长度的计数器。一个脉冲方波信号周期内测量出基准脉冲的个数, 将该数值直接转换为方波频率值。
直接使用37KHz对应700V计算归一化参数组η[n], n=0、1、2………..49, 每一个模块参与循环时, 系统将会对模块输出进行η[n]加权处理, 估计平压输出。根据估计结果, 可以在一定范围内实时地对调制器输出进行PWM稳压。同时这种方法可以很大程度上解决由于功率模块输出不一致而产生的开关频率48分频的带内杂音问题。
3 预失真参数计算
发射机取样系统对调治信号进行解调, 反馈给输入输出单元, 输入输出单元的DSP系统对输入音频和取样音频进行比较, 分别统计出线性失真 (频向失真) 和非线性失真因子, 传给音频预处理单元进行预失真处理。发射机的失真参量是相对稳定的, 系统不需要进行时实地提取失真因子。但是发射机的失真、频向特性受发射机元器件温度的影响, 所以智能补偿系统需要在不同的工作时间段多发射机进行测试, 从而对失真因子进行调整。
3.1 频率响应补偿
发射机放大系统的失真主要来自末极电子管的非线性调制特性, 调幅度越大, 非线性失真越严重, 而条幅度较小时电子管会保持较好的线性关系。根据这一特点, 系统首先进行频响补偿, 产生一频率分量丰富的测试序列, 经过小调制度的调制, 序列具50Hz-8KHz均匀的频谱特性。 (上限频率可编程) 其时域采样点存储在外围FLASH中。测试系统时以查表的方式读出。对输出进行FFT变换, 变换后的频率采样值以1KHz作归一化处理, 获得各个频率样点的系统衰减因子α[1]、α[2]、α[3]……α[n]。对应MPEG子带分割模式 (等距或不等距) 抽取32个样值, 得到偿因子β[i]=1/α[ki], (i=1、2、3、……32, k抽取比例) β[i]即个子带的补偿因数。
3.2 失真补偿
确定频响补偿因数β[i]后作失真测试, 先对失真测试序列进行预加重处理, 然后进行高调幅调制。测试序列为双边三角波, 频率1KHz, 离散样点方程为W (n) =kn, k为常数。 (可编程, 暂定1KHz, 实际频率应该根据心理声音模型和发射机调制管子特性, 在实际应用中设置) 测试序列采样值也存储在外围FLASH中。进行满调幅解调取样后, 进行与系统音频采样率一致的量化编码, 然后计算取样点离散拟合曲线方程G (W (n) ) 。则可以得到定幅补偿参数:
则有β (X) =X/G (X) X为信号幅度。
上述定幅补偿自变量不是根据采样值的幅度, 而是根据计算出的调制器输出幅度, 他与功率和调幅度都有关系。上述算法在工实际中有两个难点:一是系统噪声对反馈信号的干扰, 二是高保真度的射频调幅波的解调。
3.3 噪声补偿
模拟系统采用静态使用, 动态停用的处理方法。静态情况下, 镇噪板将噪音信号送入U28A的反向输入端, 经过音频复合、A/D变换以后, 控制调制器输出与发射机放大系统等幅反向的噪声信号, 抵消系统噪声。这种方法的优点是对噪声的补偿是自动的。但是真噪板并不能严格地抵消噪声。因为噪声经过一系列处理后与系统产生的噪声有一定的延时, 反馈噪声不能完全抵消系统噪声。数字化系统可以对噪声进行分析, 把噪声分为周期性噪声和随机性噪声。对周器性噪声进行幅、相锁定, 进行补偿。对于随机噪声, 根据其相关特性, 进行一定的延时τ后, 直接叠加叠加, 可能会取得很好的效果。
数字化系统具有智能化系统调试软件 (安装在PC机上) , 他可以完成对调制器控制器系统的参数设置, (系统参数除上述涉及以外还包括采样频率、工作模式等) , 运行状态检测、程序代码在线升级、故障诊断等等操作。
4 数字放大单元
数字放大单元主要完成功率控制板、音频通路板、快速变换器的功能。首先系统根据输入参数确定发射机的输出功率和调幅度, 然后形成调制器模块及帘栅模块开关控制信息。模块开关控制信号的形成可以采取两种方式, 一种是用数字系统模拟传统的九单元电路系统;另一种是全数字比特放大, 这是一种新技术, 主要应用于最近出现的高质量数码音频设备的输出驱动。如CD、MP3、MD等。如图2所示
不管是模拟音频输入还是数字音频 (MPEG格式) , 采样率最高只达到48KHz, 以采样点作为调制器PSM和PWM补偿转换点, 在精度上是不够的。现有九单元的转换频率是70KHz—120KHz, 转换点误差由2.25MHz时钟信号进行精度控制。为了达到精度要求必须对采样信号进行插值滤波。插值滤波的原理很简单, 只需在插值点插入0, 然后经过数字低通滤波器即可。
在工程实际中, 插值滤波器经常用到一种称为CIC的滤波器 (Cascade Integrator-comb Filter级联梳状滤波器) 。CIC滤波器可以用来实现抽取器和内插器, 它具有结构简单、规整, 需要的存储量小的优点。由于它不需要乘法器, 加之滤波器的所有系数均为1, 而且利用积分环节减少了中间过程的存储量, 因此常常用在高速采样 (高速采样使得乘法器个数太多) 和插值比很大 (插值比大使得FIR滤波器的阶数过高, 要存的系数太多) 的场合。
CIC滤波器可以用DSP或现场可编程门阵列 (FPGA) 来实现。但是DSP实现高速插值滤波有困难, 而FPGA具有设计简单、技术成熟、设计周期短以及VHDL语言中滤波器参数N、M、R修改容易等优点。加之CIC滤波器具有不需要乘法器、寄存器个数要求较多的特点, 正好符合FPGA的适用范围。
5 模块控制算法
为了提高调制器对原音频信号的重够精度下面设计一种等效面积法。图3中采样点为0、A、B、C………………….O, 各采样点以直线连接, 逼近音频信号。阶梯及补偿脉宽的制作采取等面积原则, 计算两采样点之间的面积, 另两采样点之间的宽度W和一个阶梯高度H围成的面积为S0, 两采样点之间以直线连接, 与横轴围城的内接面积S’, 让S’对S0作归一化处理, 得到的整数就是脉阶数, 小数就是对W归一化的脉宽宽度。
具体处理方法按照如下方案:
第一:两采样点在同一阶梯内, 计算脉宽补偿在两采样点中间, 再加一个偏移量。如图2, L是两采样点的中心线, 把两采样点之间的梯形分成两部分, 很明显左半部分比右半部分面积少S, (阴影部分) 所以补偿脉宽不是在中心线两端均匀分布, 而是向右偏移Δx, 使Δx*H=S, 这样做不仅补偿误差信号的能量, 同时也补偿误差信号的相位。
第二:两采样点不在同一个阶梯内, 比如C点在第一台阶, D点在第二台阶, 以直线连接两采样点, 计算内接面积, 对S0归一化, 如果整数部分为1, 则制作补偿买宽时让其与下一脉阶连在一起, 这样做的的好处是可以进一步降低开关频率, 减小IGBT损耗。缺点是在这两点内相位补偿有些情况下会受到限制。但是影响非常微小, 而且听觉对相位不敏感。
6 结束语
DSP原理及应用 篇10
1 DSP数字信号处理器的特性
数字信号处理系统以数字信号处理为基础, 因此具有数字处理的全部特点。除此之外, 它还具有很多一般处理器所不具备的特点。下面介绍它的几个突出的特性:
1) D SP处理器采用改进的哈佛结构。其主要特点是数据和程序具有独立的存储空间, 有着各自独立的数据总线和程序总线, 由于可以同时对数据和程序进行寻址, 即大大地提高了数据处理能力, 非常适合于实时的数字信号处理。只要调度好两个独立的总线就可使处理能力达到最高, 以实现全速运行。改进的哈佛结构还可使指令存储在高速缓存器中 (C ache) , 省去了从存储器中读取指令的时间, 大大提高了系统的运行速度。
2) D SP指令系统是流水线操作。在流水线操作中, 一个任务被分解为若干个小任务, 各个任务可以在执行时相互重叠。D SP指令系统的流水线操作是与哈佛结构相配合的, 增加了处理器的处理能力, 减小指令周期到最小值, 同时也就增加了信号处理器的吞吐量。
3) 采用专用的硬件乘法器。在通用计算机上, 算术逻辑单元只能完成两个操作数的加、减及逻辑运算, 而乘法 (或除法) 则由加法和移位来实现。所以, 虽然在这样的计算机的汇编语言中有乘法指令, 但实际上在机器内部, 还是由加法和移位来实现的, 因此它们实现乘法运算就比较慢。与一般的计算机不同的是, D SP都有硬件乘法器, 使乘法运算可以在一个指令周期内完成。
4) 快速的指令周期。C M O S技术、先进的工艺、集成电路的优化设计及工作电压的下降由5V到3.3V, 再到1.5V, 使得D SP芯片的主频不断提高。可以预见, 随着微电子技术的发展, 工作频率还将继续提高, 指令周期也将进一步缩短。
5) 良好的多机并行运行特性。在某些系统应用环境中, D SP芯片的单机处理能力是有限的, 系统的数据处理容量还是经常会超出单个D SP的处理能力。随着数字信号处理器D SP芯片的广泛使用和D SP芯片价格的不断降低, 多个D SP芯片的并行处理在应用中崭露头角, 并成为近年来的研究热点。
6) 面向数据密集型的应用。在音频信号处理、视频图像处理、无线通讯等数字信号处理的应用中, 处理对象往往是大量的实时性数据, 需要数字系统进行快速无延迟的处理。随着便携式音视频播放器、手机、数码相机等消费类电子产品的普及应用, D SP处理芯片以其高效率、低功耗的优点, 广泛渗透到日常生活领域。
此外, D SP处理器还具有低功耗、稳定性高、精度高和编程方便等优点。
2 DSP数字信号处理器的应用
D SP的应用日趋广泛, 目前消费类电子产品、通信和信号处理占大部分的市场需求, 其余涉及办公自动化、仪器仪表、军事和工业等各个部门。D SP还有望开发一些新市场, 如自动电源控制、数字式广播、智能高速公路系统和高清晰度电视等。
1) 通信领域的应用。目前, 通信领域中许多产品都与D SP密切联系, 例如调制解调、自适应均衡、数据加密与压缩、回波抵消、多路复用、传真、纠错编码、扩频通信、可视电话等。
2) 仪器仪表领域的应用。D SP已经涉足测试仪器和测量仪表行业, 主要用在频谱分析、函数发生、地震处理等方面, 并大有取代高档单片机的趋势。使用D SP开发仪表和仪器可将产品提升到一个更高的水平。D SP丰富的片内资源可以大大简化仪器仪表的硬件电路, 还可以实现仪器仪表的S0C (片上系统) 设计。
3) 个人计算机领域中的应用。可编程多媒体D SP是PC领域的主流产品。以高速通信技术与图像技术相结合, 使得高质量的音频和视频形式的计算机数据有可能实现实时交换。在今后的PC机中, 一个D SP即可完成全部所需的多媒体信息的处理功能。
4) 消费类电子产品中的应用。D SP是个人消费类电子产品中的关键器件。由于D SP的广泛应用, 数字音响设备、数字电话、数字电视、PD A电子产品更新换代周期变得非常短暂。
此外, 数字信号处理器D SP还在语音、图形/图像、医疗、军事等领域有着广泛的应用。
摘要：数字信号处理器 (DSP) 是对数字信号进行实时高速处理的微处理器。在数字信号处理领域, 数字信号处理器具有高效能, 低功耗, 低成本, 好的指令执行效率, 应用及其广泛, 本文简述了DSP的特性以及一些应用方面的介绍。
关键词：DSP,数学信号处理号,特性,应用
参考文献
[1]Amold Berger著.吕俊译.嵌入式系统设计[M].北京:电子工业出版社, 2002.