便攜式數(shù)字信號處理課程實驗教學(xué)平臺設(shè)計初探

孫偉峰

摘 要：利用便攜式的信號處理系統(tǒng)對課程進(jìn)行實驗平臺的建立，將數(shù)字信號等功能進(jìn)行更好的利用，可以通過平臺的建立制定更加便捷的數(shù)字處理方法，將數(shù)字信號之間進(jìn)行更好的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)整體的頻譜分析，增加信號處理的效率。通過這種技術(shù)的使用，可以將實驗進(jìn)行的更加科學(xué)完善，從而增加實驗課程的直觀性，提升實驗課程的效果。本文主要針對便攜式數(shù)字信號處理課程實驗教學(xué)平臺設(shè)計進(jìn)行分析，進(jìn)一步對平臺的設(shè)計進(jìn)行研究，提出更加合理化的建議。

關(guān)鍵詞：便攜式數(shù)字信號處理課程；實驗教學(xué)平臺；設(shè)計分析

計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，社會發(fā)生重大的轉(zhuǎn)變，在工作和生活中計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍逐步的擴(kuò)大，數(shù)字信號處理等課程逐步興起。但是在數(shù)字信號處理課程中，涉及到非常多的抽象概念，公式的推導(dǎo)過程也較為復(fù)雜，基礎(chǔ)課程本身難以掌握，而實驗課程作為課堂教學(xué)的補(bǔ)充，對學(xué)生的學(xué)習(xí)也是非常關(guān)鍵的，是對學(xué)生課程的補(bǔ)充，增加學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提升學(xué)習(xí)效率。但是現(xiàn)階段我國大部分的信號處理實驗平臺的建立，體積較大、成本也較高，實驗課程需要花費(fèi)的代價過大，因此需要發(fā)展便攜式數(shù)字信號處理課程，建立更加有效的實驗教學(xué)平臺。

1 便攜式數(shù)字信號處理課程實驗內(nèi)容

實驗設(shè)計分為數(shù)字信號處理基本實驗和擴(kuò)展實驗，需要包括信號的采集、信號的發(fā)生、信號實驗和數(shù)字過濾等方面的設(shè)計，在這些實驗中學(xué)生可以直觀的感受到數(shù)字處理的過程，對信號處理進(jìn)行更加深入的理解。在試驗中，可以設(shè)計相應(yīng)的量化效應(yīng)、圖像效應(yīng)和音頻效應(yīng)，將實驗進(jìn)行全面的研究和控制，在實驗中將理論部分進(jìn)行更好的實踐，加深學(xué)生對信號的理解能力。

通過對實驗進(jìn)行設(shè)計，可以實現(xiàn)真實信號的模擬實驗，讓學(xué)生掌握真實的信號工作狀況，為數(shù)字信號處理算法提供必要的處理對象；將較為抽象的知識進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將抽象知識和具體知識相結(jié)合。

2 便攜式數(shù)字信號處理實驗課程硬件設(shè)計

在進(jìn)行硬件設(shè)計的過程中，需要關(guān)注實際的硬件指標(biāo)，硬件結(jié)構(gòu)如圖所示，平臺主要由以下三個方面組成，首先需要關(guān)注控制電路的管理，將數(shù)字管理和數(shù)字控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，處理信號單元和數(shù)字緩沖之間的關(guān)系，增加數(shù)字處理的處理功能。其次需要對數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)注，使用語音解碼器等各個不同的解碼裝置，對信號的處理速度進(jìn)行保證。最后，需要關(guān)注數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，DSP系統(tǒng)將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給FPGR系統(tǒng)，然后傳輸給計算機(jī)主機(jī)中，對信號狀況進(jìn)行分析和存儲，便于后期數(shù)據(jù)的管理。這一系類的過程中，需要進(jìn)行反復(fù)的實驗，最終確定最具效果的課程實驗安排。

3 數(shù)字信號處理系統(tǒng)

在進(jìn)行系統(tǒng)管理過程中，需要對數(shù)字信號處理系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)控，對信息系統(tǒng)進(jìn)行全面的控制，可以使用DSP系統(tǒng)作為主要的信號傳輸管理系統(tǒng)，將數(shù)字信號進(jìn)行全面的處理。數(shù)字信號處理系統(tǒng)是整個實驗教學(xué)平臺建設(shè)的基礎(chǔ)，需要重視其設(shè)計和管理，可以將DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、時鐘電路系統(tǒng)、復(fù)位電路系統(tǒng)、供電電路系統(tǒng)、外部存儲系統(tǒng)等進(jìn)行控制，實現(xiàn)整體的管理和控制。

4 實驗平臺上設(shè)計

（一）數(shù)據(jù)處理平臺設(shè)計

在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程中主要使C語言對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，編程的過程需要完成一些基本操作，首先需要將接收的上機(jī)位數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并對數(shù)字傳輸中的命令進(jìn)行執(zhí)行，符合數(shù)字處理的需要，然后將處理的結(jié)果傳送到內(nèi)部的寄存器中，寄存器根據(jù)相應(yīng)的地址讀取上位機(jī)的命令字，并根據(jù)命令字判斷實驗的類別，然后根據(jù)實際的需要調(diào)動主要的程序，執(zhí)行相應(yīng)的子程序，最后將實驗的結(jié)果傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，并通過信號或者語音模塊進(jìn)行結(jié)果的輸出。在整個過程中信號處理完善，并且處理的結(jié)果更加直觀，可以對學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況提供必要的幫助。

（二）上機(jī)位設(shè)計

實驗平臺在進(jìn)行設(shè)計的過程中需要關(guān)注上位機(jī)的設(shè)計，將實驗界面的控制程序進(jìn)行確定，為用戶提供實驗的必要操作界面，對后臺硬件進(jìn)行控制。在進(jìn)行上機(jī)位的設(shè)計中，根據(jù)實際需要功能進(jìn)行劃分，實驗數(shù)據(jù)的選擇界面、執(zhí)行命令界面、數(shù)據(jù)發(fā)送界面、數(shù)據(jù)存儲界面和結(jié)果顯示界面都是需要關(guān)注的界面，需要用戶根據(jù)實際情況進(jìn)行選擇，設(shè)置相應(yīng)的實驗參數(shù)，然后將上位機(jī)進(jìn)行控制，將實驗結(jié)果傳輸?shù)街鹘缑嫔希鎯Φ较鄳?yīng)的文件中，然后進(jìn)行全面的展示。

5 實驗平臺測試

在進(jìn)行實驗平臺的測試中，需要關(guān)注USB接口的正常性，關(guān)注數(shù)據(jù)通信的正確性，邏輯關(guān)系工作過程是否穩(wěn)定，是否能夠按照上位機(jī)的指令進(jìn)行工作，各個電路板模版是否可以正常運(yùn)行，各個系統(tǒng)在運(yùn)行中是否可以相互配合，桌面操作系統(tǒng)是否操作靈活。通過對照這些方面的測試，檢查實驗的結(jié)果是否達(dá)到教學(xué)的效果，從而實現(xiàn)驗證數(shù)字信號處理的目的。對實驗進(jìn)行測試是保證平臺運(yùn)行完整性的基礎(chǔ)，可以將其中運(yùn)行問題集中進(jìn)行了解，實現(xiàn)整體管理的有效性，為整體教學(xué)平臺的使用提供必要的前提條件。

6 結(jié)束語

實驗平臺的設(shè)計主要是為了將數(shù)字信號處理課程進(jìn)行具體化的處理，對現(xiàn)階段實驗平臺體積較大的狀況進(jìn)行革新，學(xué)生可以針對自己的學(xué)習(xí)狀況便攜的實驗平臺進(jìn)行使用，解決實驗地點受到束縛的狀況，使得操作更加便捷，實驗的結(jié)果也更加直觀。通過便攜式數(shù)學(xué)信號處理課程實驗教學(xué)平臺的設(shè)計，實驗課程的教學(xué)質(zhì)量得到明顯的提升，學(xué)生對較為抽象的事物理解的更加充分，提升了學(xué)習(xí)效率，提升了實驗效果，對課堂教學(xué)進(jìn)行全面的補(bǔ)充。

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