導(dǎo)語：如何才能寫好一篇數(shù)字信號處理論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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另外一類是需要用復(fù)雜算法對大量數(shù)據(jù)進行處理的應(yīng)用，例如聲納探測和地震探測等，也需要用DSP器件。該類設(shè)備的批量一般較小、算法要求苛刻、產(chǎn)品很大而且很復(fù)雜。所以設(shè)計工程師在選擇處理器時會盡量選擇性能最佳、易于開發(fā)并支持多處理器的DSP器件。有時，設(shè)計工程師更喜歡選用現(xiàn)成的開發(fā)板來開發(fā)系統(tǒng)而不是從零開始硬件和軟件設(shè)計，同時可以采用現(xiàn)成的功能庫文件開發(fā)應(yīng)用軟件。

在實際設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用選擇合適的DSP。不同的DSP有不同的特點，適用于不同的應(yīng)用，在選擇時可以遵循以下要點。

算法格式

DSP的算法有多種。絕大多數(shù)的DSP處理器使用定點算法，數(shù)字表示為整數(shù)或-1.0到+1.0之間的小數(shù)形式。有些處理器采用浮點算法，數(shù)據(jù)表示成尾數(shù)加指數(shù)的形式：尾數(shù)×2指數(shù)。

浮點算法是一種較復(fù)雜的常規(guī)算法，利用浮點數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)大的數(shù)據(jù)動態(tài)范圍(這個動態(tài)范圍可以用最大和最小數(shù)的比值來表示)。浮點DSP在應(yīng)用中，設(shè)計工程師不用關(guān)心動態(tài)范圍和精度一類的問題。浮點DSP比定點DSP更容易編程，但是成本和功耗高。

由于成本和功耗的原因，一般批量產(chǎn)品選用定點DSP。編程和算法設(shè)計人員通過分析或仿真來確定所需要的動態(tài)范圍和精度。如果要求易于開發(fā)，而且動態(tài)范圍很寬、精度很高，可以考慮采用浮點DSP。

也可以在采用定點DSP的條件下由軟件實現(xiàn)浮點計算，但是這樣的軟件程序會占用大量處理器時間，因而很少使用。有效的辦法是“塊浮點”，利用該方法將具有相同指數(shù)，而尾數(shù)不同的一組數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)塊進行處理?！皦K浮點”處理通常用軟件來實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)寬度

所有浮點DSP的字寬為32位，而定點DSP的字寬一般為16位，也有24位和20位的DSP，如摩托羅拉的DSP563XX系列和Zoran公司的ZR3800X系列。由于字寬與DSP的外部尺寸、管腳數(shù)量以及需要的存儲器的大小等有很大的關(guān)系，所以字寬的長短直接影響到器件的成本。字寬越寬則尺寸越大，管腳越多，存儲器要求也越大，成本相應(yīng)地增大。在滿足設(shè)計要求的條件下，要盡量選用小字寬的DSP以減小成本。

在關(guān)于定點和浮點的選擇時，可以權(quán)衡字寬和開發(fā)復(fù)雜度之間的關(guān)系。例如，通過將指令組合連用，一個16位字寬的DSP器件也可以實現(xiàn)32位字寬雙精度算法(當(dāng)然雙精度算法比單精度算法慢得多)。如果單精度能滿足絕大多數(shù)的計算要求，而僅少量代碼需要雙精度，這種方法也可行，但如果大多數(shù)的計算要求精度很高，則需要選用較大字寬的處理器。

請注意，絕大多數(shù)DSP器件的指令字和數(shù)據(jù)字的寬度一樣，也有一些不一樣，如ADI(模擬器件公司)的ADSP-21XX系列的數(shù)據(jù)字為16位而指令字為24位。

DSP的速度

處理器是否符合設(shè)計要求,關(guān)鍵在于是否滿足速度要求。測試處理器的速度有很多方法，最基本的是測量處理器的指令周期，即處理器執(zhí)行最快指令所需要的時間。指令周期的倒數(shù)除以一百萬，再乘以每個周期執(zhí)行的指令數(shù)，結(jié)果即為處理器的最高速率，單位為每秒百萬條指令MIPS。

但是指令執(zhí)行時間并不能表明處理器的真正性能，不同的處理器在單個指令完成的任務(wù)量不一樣，單純地比較指令執(zhí)行時間并不能公正地區(qū)別性能的差異?，F(xiàn)在一些新的DSP采用超長指令字(VLIW)架構(gòu)，在這種架構(gòu)中，單個周期時間內(nèi)可以實現(xiàn)多條指令，而每個指令所實現(xiàn)的任務(wù)比傳統(tǒng)DSP少，因此相對VLIW和通用DSP器件而言，比較MIPS的大小時會產(chǎn)生誤導(dǎo)作用。

即使在傳統(tǒng)DSP之間比較MIPS大小也具有一定的片面性。例如，某些處理器允許在單個指令中同時對幾位一起進行移位，而有些DSP的一個指令只能對單個數(shù)據(jù)位移位；有些DSP可以進行與正在執(zhí)行的ALU指令無關(guān)的數(shù)據(jù)的并行處理(在執(zhí)行指令的同時加載操作數(shù))，而另外有些DSP只能支持與正在執(zhí)行的ALU指令有關(guān)的數(shù)據(jù)并行處理；有些新的DSP允許在單個指令內(nèi)定義兩個MAC。因此僅僅進行MIPS比較并不能準(zhǔn)確得出處理器的性能。

解決上述問題的方法之一是采用一個基本的操作(而不是指令)作為標(biāo)準(zhǔn)來比較處理器的性能。常用到的是MAC操作，但是MAC操作時間不能提供比較DSP性能差異的足夠信息，在絕大多數(shù)DSP中，MAC操作僅在單個指令周期內(nèi)實現(xiàn)，其MAC時間等于指令周期時間，如上所述，某些DSP在單個MAC周期內(nèi)處理的任務(wù)比其它DSP多。MAC時間并不能反映諸如循環(huán)操作等的性能，而這種操作在所有的應(yīng)用中都會用到。

最通用的辦法是定義一套標(biāo)準(zhǔn)例程，比較在不同DSP上的執(zhí)行速度。這種例程可能是一個算法的“核心”功能，如FIR或IIR濾波器等，也可以是整個或部分應(yīng)用程序(如語音編碼器)。圖1為使用BDTI公司的工具測試的幾款DSP器件性能。

在比較DSP處理器的速度時要注意其所標(biāo)榜的MOPS(百萬次操作每秒)和MFLOPS(百萬次浮點操作每秒)參數(shù)，因為不同的廠商對“操作”的理解不一樣，指標(biāo)的意義也不一樣。例如，某些處理器能同時進行浮點乘法操作和浮點加法操作，因而標(biāo)榜其產(chǎn)品的MFLOPS為MIPS的兩倍。

其次，在比較處理器時鐘速率時，DSP的輸入時鐘可能與其指令速率一樣，也可能是指令速率的兩倍到四倍，不同的處理器可能不一樣。另外，許多DSP具有時鐘倍頻器或鎖相環(huán)，可以使用外部低頻時鐘產(chǎn)生片上所需的高頻時鐘信號。

存儲器管理

DSP的性能受其對存儲器子系統(tǒng)的管理能力的影響。如前所述，MAC和其它一些信號處理功能是DSP器件信號處理的基本能力，快速MAC執(zhí)行能力要求在每個指令周期從存儲器讀取一個指令字和兩個數(shù)據(jù)字。有多種方法實現(xiàn)這種讀取，包括多接口存儲器(允許在每個指令周期內(nèi)對存儲器多次訪問)、分離指令和數(shù)據(jù)存儲器(“哈佛”結(jié)構(gòu)及其派生類)以及指令緩存(允許從緩存讀取指令而不是存儲器，從而將存儲器空閑出來用作數(shù)據(jù)讀取)。圖2和圖3顯示了哈佛存儲器結(jié)構(gòu)與很多微控制器采用的“馮·諾曼”結(jié)構(gòu)的差別。

另外要注意所支持的存儲器空間的大小。許多定點DSP的主要目標(biāo)市場是嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，在這種應(yīng)用中存儲器一般較小，所以這種DSP器件具有小到中等片上存儲器(4K到64K字左右)，備有窄的外部數(shù)據(jù)總線。另外，絕大多數(shù)定點DSP的地址總線小于或等于16位，因而可外接的存儲器空間受到限制。一些浮點DSP的片上存儲器很小，甚至沒有，但外部數(shù)據(jù)總線寬。例如TI公司的TMS320C30只有6K片上存儲器，外部總線為24位，13位外部地址總線。而ADI的ADSP2-21060具有4Mb的片上存儲器，可以多種方式劃分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。

選擇DSP時，需要根據(jù)具體應(yīng)用對存儲空間大小以及對外部總線的要求來選擇。

開發(fā)的簡便性

對不同的應(yīng)用來說，對開發(fā)簡便性的要求不一樣。對于研究和樣機的開發(fā)，一般要求系統(tǒng)工具能便于開發(fā)。而如果公司在開發(fā)下一代手機產(chǎn)品，成本是最重要的因素，只要能降低最終產(chǎn)品的成本，一般他們愿意承受很煩瑣的開發(fā)，采用復(fù)雜的開發(fā)工具(當(dāng)然如果大大延遲了產(chǎn)品上市的時間則是另一回事)。

因此選擇DSP時需要考慮的因素有軟件開發(fā)工具(包括匯編、鏈接、仿真、調(diào)試、編譯、代碼庫以及實時操作系統(tǒng)等部分)、硬件工具(開發(fā)板和仿真機)和高級工具(例如基于框圖的代碼生成環(huán)境)。利用這些工具的設(shè)計過程如圖4所示。

選擇DSP器件時常有如何實現(xiàn)編程的問題。一般設(shè)計工程師選擇匯編語言或高級語言(如C或Ada)，或兩者相結(jié)合的辦法。現(xiàn)在大部分的DSP程序采用匯編語言，由于編譯器產(chǎn)生的匯編代碼一般未經(jīng)最優(yōu)化，需要手動進行程序優(yōu)化，降低程序代碼大小和使流程更合理，進一步加快程序的執(zhí)行速度。這樣的工作對于消費類電子產(chǎn)品很有意義，因為通過代碼的優(yōu)化能彌補DSP性能的不足。

使用高級語言編譯器的設(shè)計工程師會發(fā)現(xiàn)，浮點DSP編譯器的執(zhí)行效果比定點DSP好，這有幾個原因：首先，多數(shù)的高級語言本身并不支持小數(shù)算法；其次，浮點處理器一般比定點處理器具有更規(guī)則的指令，指令限制少，更適合編譯器處理；第三，由于浮點處理器支持更大的存儲器，能提供足夠的空間。編譯器產(chǎn)生的代碼一般比手動生成的代碼更大。

不管是用高級語言還是匯編語言實現(xiàn)編程，都必須注意調(diào)試和硬件仿真工具的使用，因為很大一部分的開發(fā)時間會花在這里。幾乎所有的生產(chǎn)商都提供指令集仿真器，在硬件完成之前，采用指令集仿真器對軟件調(diào)試很有幫助。如果所用的是高級語言，對高級語言調(diào)試器功能進行評估很重要，包括能否與模擬機和/或硬件仿真器一起運行等性能。

大多數(shù)DSP銷售商提供硬件仿真工具，現(xiàn)在許多處理器具有片上調(diào)試/仿真功能，通過采用IEEE1149.1JTAG標(biāo)準(zhǔn)的串行接口訪問。該串行接口允許基于掃描的仿真，即程序員通過該接口加載斷點，然后通過掃描處理器內(nèi)部寄存器來查看處理器到達斷點后寄存器的內(nèi)容并進行修改。

很多的生產(chǎn)商都可以提供現(xiàn)成的DSP開發(fā)系統(tǒng)板。在硬件沒有開發(fā)完成之前可用開發(fā)板實現(xiàn)軟件實時運行調(diào)試，這樣可以提高最終產(chǎn)品的可制造性。對于一些小批量系統(tǒng)甚至可以用開發(fā)板作為最終產(chǎn)品電路板。

支持多處理器

在某些數(shù)據(jù)計算量很大的應(yīng)用中，經(jīng)常要求使用多個DSP處理器。在這種情況下，多處理器互連和互連性能(關(guān)于相互間通信流量、開銷和時間延遲)成為重要的考慮因素。如ADI的ADSP-2106X系列提供了簡化多處理器系統(tǒng)設(shè)計的專用硬件。

電源管理和功耗

DSP器件越來越多地應(yīng)用在便攜式產(chǎn)品中，在這些應(yīng)用中功耗是一個重要的考慮因素，因而DSP生產(chǎn)商盡量在產(chǎn)品內(nèi)部加入電源管理并降低工作電壓以減小系統(tǒng)的功耗。在某些DSP器件中的電源管理功能包括：a.降低工作電壓：許多生產(chǎn)商提供低電壓DSP版本(3.3V,2.5V,或1.8V)，這種處理器在相同的時鐘下功耗遠遠低于5V供電的同類產(chǎn)品。

b.“休眠”或“空閑”模式：絕大多數(shù)處理器具有關(guān)斷處理器部分時鐘的功能，降低功耗。在某些情況下，非屏蔽的中斷信號可以將處理器從“休眠”模式下恢復(fù)，而在另外一些情況下，只有設(shè)定的幾個外部中斷才能喚醒處理器。有些處理器可以提供不同省電功能和時延的多個“休眠”模式。

c.可編程時鐘分頻器：某些DSP允許在軟件控制下改變處理器時鐘，以便在某個特定任務(wù)時使用最低時鐘頻率來降低功耗。

d.控制：一些DSP器件允許程序停止系統(tǒng)未用到的電路的工作。

不管電源管理特性怎么樣，設(shè)計工程師要獲得優(yōu)秀的省電設(shè)計很困難，因為DSP的功耗隨所執(zhí)行的指令不同而不同。多數(shù)生產(chǎn)商所提供的功耗指標(biāo)為典型值或最大值，而TI公司給出的指標(biāo)是一個例外，該公司的應(yīng)用實例中詳細地說明了在執(zhí)行不同指令和不同配置下的功耗。

成本因素

在滿足設(shè)計要求條件下要盡量使用低成本DSP，即使這種DSP編程難度很大而且靈活性差。在處理器系列中，越便宜的處理器功能越少，片上存儲器也越小，性能也比價格高的處理器差。

封裝不同的DSP器件價格也存在差別。例如，PQFP和TQFP封裝比PGA封裝便宜得多。

在考慮到成本時要切記兩點。首先，處理器的價格在持續(xù)下跌；第二點，價格還依賴于批量，如10,000片的單價可能會比1,000片的單價便宜很多。

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關(guān)鍵詞：數(shù)字信號；信號處理；DSP

1．?dāng)?shù)字信號處理的概念

數(shù)字信號處理是用數(shù)字計算機對離散信號或?qū)⒛M信號離散化后進行處理的現(xiàn)代信號處理技術(shù)，自身有其獨特的計算方法和理論。數(shù)字信號處理是當(dāng)前發(fā)展相當(dāng)迅速的一種技術(shù)，無線通訊，多媒體技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)等都是基于數(shù)字信號處理算法的。

數(shù)字信號處理器(DSP)是為進行數(shù)字信號處理而設(shè)計的微處理器。數(shù)字信號處理器是同數(shù)字信號處理技術(shù)一同發(fā)展起來的。它針對數(shù)字信號處理的應(yīng)用采用了專用的硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)。

微處理器的發(fā)展經(jīng)歷了單板計算機、單片計算機的歷程，DSP則是一種高性能的片上微計算機系統(tǒng)。它除了利用大量的新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)來大幅度改善芯片性能外，還把內(nèi)存、接口、外設(shè)、事件管理器等集成在一個芯片上，成為一個功能強大的片上系統(tǒng)（SOC）。DSP的產(chǎn)生和發(fā)展，得益于數(shù)字信號處理理論及計算機、電子技術(shù)的飛速進步。

2．?dāng)?shù)字信號處理器模擬的實現(xiàn)

計算機系統(tǒng)本身是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，要使用軟件來模擬每個晶體管或每個門電路各個方面的行為特征幾乎是不可能的。人們簡化系統(tǒng)復(fù)雜程度的常用辦法是對系統(tǒng)按層次進行抽象，體系結(jié)構(gòu)就是對計算機系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)層次上的簡化。然而，體系結(jié)構(gòu)層次上的計算機系統(tǒng)依然很復(fù)雜，開發(fā)其軟件模擬器也因此而十分困難。通常的做法是，在已存在的模擬器基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)或改進，使其適應(yīng)自己的要求。

在任何數(shù)字信號處理中，當(dāng)涉及硬件實現(xiàn)時，都會遇到一個很普遍的問題：一般要處理的原始信號序列長度是非常長的，但受物理設(shè)備條件所限，每次(比如一個時鐘周期內(nèi))輸入給數(shù)字信號處理相關(guān)硬件(如DSP)的必定是有限長度的采樣后的數(shù)字序列，也就是說要對原有長序列進行一次截斷。顯然，截斷后的短序列相比于原有未截斷的長序列的信號屬性必然要發(fā)生變化。比如截取高斯白噪聲的一段，其截斷后的序列的均值和方差等統(tǒng)計特性相對于原有白噪聲序列肯定會有變化。這種由于截斷而引起的序列性能下降顯然會導(dǎo)致后續(xù)的DSP等硬件設(shè)備中數(shù)字信號處理性能的下降。

3．DSP硬件結(jié)構(gòu)分析

在當(dāng)前信息化、數(shù)字化進程中，信號作為信息的傳輸和處理對象，逐漸由模擬信號變成數(shù)字信號。信息化的基礎(chǔ)是數(shù)字化，而數(shù)字化的核心技術(shù)之一就是數(shù)字信號處理。數(shù)字信號處理技術(shù)已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的并得到迅速發(fā)展的前沿技術(shù)。DSP作為一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器，憑借其獨特的硬件結(jié)構(gòu)和出色的數(shù)字信號處理能力，廣泛應(yīng)用于通訊、語言識別、圖像處理、自動控制等領(lǐng)域。

3.1 DSP的主要特點及其硬件要求

數(shù)字信號處理是指將模擬信號通過采樣進行數(shù)字化后的信號進行分析、處理、它側(cè)重于理論、算法及軟件實現(xiàn)。數(shù)字信號處理算法具有如下一些主要的特點：信號處理算法運算量大，要求速度快；信號處理算法通常需要執(zhí)行大量的乘累加運算；信號處理算法常具有某些特定模式；信號處理算法大部分處理時間花在執(zhí)行相對小循環(huán)的操作上；信號處理要求專門的接口。

從一開始，DSP的結(jié)構(gòu)就是針對DSP算法模型進行構(gòu)造的，幾乎所有的DSP都包含有DSP算法的特征。因此，數(shù)字信號處理的上述特點要求DSP必須是專門設(shè)計的。

3.2多總線，多處理單元結(jié)構(gòu)

DSP芯片采用了哈佛結(jié)構(gòu)，它分別設(shè)置程序存儲和數(shù)據(jù)存儲空間，使用專用的程序總線和地址總線。CPU可以同時訪問程序和數(shù)據(jù)，大大提高了處理速度。所謂的改進哈佛結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)在如下幾點：

1）允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲器中，并可以被算術(shù)指令直接使用。但程序和數(shù)據(jù)不能同時讀取，多數(shù)訪問存儲器的指令需要兩個執(zhí)行周期。

2）將指令存儲在高速緩存中，無須從數(shù)據(jù)/程序存儲器讀取，可以節(jié)約一個指令周期。

3）改進存儲器塊結(jié)構(gòu)，允許在一個周期內(nèi)同時讀取一條指令和兩個操作數(shù)。

使用兩類（程序總線、數(shù)據(jù)總線）六組總線。包括程序地址總線、程序讀總線、數(shù)據(jù)寫地址總線、數(shù)據(jù)讀地址總線、數(shù)據(jù)寫總線、數(shù)據(jù)讀總線。配合哈佛機構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)速度。

DSP內(nèi)部一般都包括多個處理單元，如ALU、乘法器、輔助算術(shù)單元等。它們都可在單獨的一個指令周期內(nèi)執(zhí)行完計算和操作任務(wù)，而且往往同時完成。這種結(jié)構(gòu)特別適合于濾波器的設(shè)計，如FIR和IIR。這種多處理單元結(jié)構(gòu)還表現(xiàn)為在將一些特殊的算法作成硬件，如典型的FFT的位翻轉(zhuǎn)尋址和流水FIR濾波算法的循環(huán)尋址等。而且大部分DSP具有零消耗循環(huán)控制的專門硬件，使得處理器不用花時間測試循環(huán)計數(shù)器的值就能執(zhí)行一組指令的循環(huán)，硬件完成循環(huán)跳轉(zhuǎn)和循環(huán)計數(shù)器的衰減。

3.4 DSP結(jié)構(gòu)改進

過去的DSP結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是面向計算密集型的應(yīng)用，而對控制密集型支持得不夠。而現(xiàn)實應(yīng)用中很多場合需要信號處理和精確控制的有效結(jié)合，如數(shù)字蜂窩電話，它要有監(jiān)控和語言音處理的工作。現(xiàn)代的DSP將采用DSP／MCU的混合結(jié)構(gòu)，在保證計算能力優(yōu)先的前提下，通過快速的現(xiàn)場切換、多執(zhí)行部件并行執(zhí)行等方式，加強控制類操作的處理能力。將MCU核集成到DSP核中，或者從整體上對DSP進行重新設(shè)計，使之兼有DSP和MCU的功能。

另外，為解決速度、功耗、可編程之間的矛盾，我們提出了一種新型的計算方式，它結(jié)合了現(xiàn)有微處理器和DSP的時間計算方式以及ASIC、FPGA解決方案的空間計算方式。這種可重構(gòu)DSP處理器的關(guān)鍵是它能同時進行時間和空間計算。它由一個計算元件互相連接的二維陣列構(gòu)成，每個陣列都有各自的邏輯單元和本地寄存器。連接這些計算元件的可編程連線借以對陣列的數(shù)據(jù)流架構(gòu)動態(tài)重構(gòu)，從而可根據(jù)運行的具體任務(wù)而對其進行優(yōu)化。

參考文獻：

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論文摘要：信號是傳遞信息的媒介，信號處理涉及信息的提取。

隨著集成電路的運算速度更快，集成度更高，就有可能耐復(fù)雜目益增加均一些多維數(shù)字信號處理。所它在最近才開始出現(xiàn)的一個新領(lǐng)域。盡管如此，多維信號處埋仍然對以下一些間提了解決的辦法，這些問題是：計算機輔動斷層成術(shù)(CAT)，即綜合來自不同方向的X射線的投影，以重建人體某一部分的三維圖，源聲納陣列的設(shè)計及通過人造衛(wèi)星地球資源。多維數(shù)字信號處理除具有許多引人注目和淺顯易行的應(yīng)用之外，它還具有堅賣的數(shù)學(xué)基礎(chǔ).，這不僅使我們能了解它的實現(xiàn)情況，而且當(dāng)新問題出現(xiàn)時，也當(dāng)及時解決。

典型的信號處理任務(wù)就是把信息從一種信號傳遞到另一種信號上，例如，可將一張照片加以掃描、抽樣，并將共存儲在計算機的存儲器中，在這種情況下，信息是從可變的銀粒密度轉(zhuǎn)換戌可見光束，再變成電的波形，最后變戍數(shù)字的序列，隨后該數(shù)字序列用。磁盤上磁疇的排列來表示CAT掃描器是一個比較復(fù)雜，經(jīng)過處理，最后顯赤射線管(CRT)的熒光屏上或膠片上。數(shù)字處理能增加信息，但可以重新排列信息，使觀察者能更方便地理解它.觀察者不必觀看多個不同測面的投影而可直接觀察截面圖。、

人們感興趣的是信號所包含的信息，而不管信號本身是什么形式。也許可以概括地說，信號處理涉及兩個基本任務(wù)一一信息的重新排列和信息的壓縮。

數(shù)字信號處理涉及到用數(shù)的序列表示的信號的處理，而多維數(shù)字信號處理則涉罰用多維陣列表示的信號的處理，例如對同時從幾個傳感器所接收的抽樣圖像和抽樣的時間波形的處理。由于信號是因而它可以用數(shù)字硬件處理，同時可以將信號處理的運算規(guī)定為算法。

促使人們采用數(shù)字方法的是不言而喻的。數(shù)字方法既有效靈活。我們可以用數(shù)字系統(tǒng)使其有自適應(yīng)性并易于重新組合?？梢院芊奖愕匕褦?shù)字算法由一個廠商的設(shè)備上轉(zhuǎn)換到另一個廠商的設(shè)備上去，或者把專用數(shù)字硬件來實現(xiàn)。同樣，數(shù)字算法也可用來處理作為時間函數(shù)或空間信號，數(shù)字算法自然地和邏輯算符如模式分類相聯(lián)系。數(shù)字信號能夠長時間無差錯地存儲。對很多種應(yīng)用而言，數(shù)字方法Ⅸ其它方法更為簡單，對另外一些應(yīng)用，則可能根本不存在其他方法。多維信號處理是不同于一維信號處理，想在多維序列上實現(xiàn)的多運算，例如抽樣、濾波和交換等，用于一維序列，然而，嚴(yán)格芯說，我們不得不說多終信號處理與一維信弓有很大差別的。

信號處理與一維信號處理還是有很大差別的，這是由三個因素造成的;(l)二維通常比一維問題包含的數(shù)據(jù)量大得多;(2)處理多維系統(tǒng)在數(shù)些上不如處理一維系統(tǒng)那樣完備；(3)多維信號處理有更多的自由度，這給系統(tǒng)設(shè)計音以一維情況中無法比擬的靈活性。雖然所有遞歸數(shù)字濾波器都是用差分方程實現(xiàn)的，一維情況下差分方程是全有序的，而在多維情況下差分方程僅是部分有序的，岡而就存在著靈活性，在一維情況小，離散傳里旰變換CDET)可以用快速傅里葉變換CEPT)算法來計算，而在多維情況下，有多且每一個OFT又可用多種AFT算法來計算。在一維情況下，我們可以調(diào)整速率。而且也可以調(diào)整抽排列。從另一方面來說，多維多項式不能進行因式分解，而一維多項式是可以進行因式分解的。因而在多維情況下，我們不能論及孤立的極，氣、孤立的零點及孤立的根。所以，多維信號處理與一維信號處理有相當(dāng)大的差別。在20世紀(jì)60年代初期，用數(shù)字系統(tǒng)來模仿模擬系統(tǒng)的想法，使得一維數(shù)字信號處毫的各種方法得到了發(fā)展。這樣，仿照模擬系統(tǒng)理論，創(chuàng)立了許多離散系統(tǒng)理論.隨后，當(dāng)數(shù)字系統(tǒng)可以很好地模仿模擬系統(tǒng)時，人們認(rèn)識到數(shù)字系統(tǒng)同時也可以完成更多的功能。由丁這種認(rèn)識及數(shù)字硬件工藝的有力推動，數(shù)字信號處理得到了發(fā)展，而且現(xiàn)今很多通用的方法，已成為數(shù)字方法所特有的，沒有與其等效的模擬方法，在發(fā)展多維數(shù)字信號處理時，可觀察到同一發(fā)展趨向。因為沒有連續(xù)時間的(或模擬的)二維系統(tǒng)理論可以仿效，因而最初的二維系統(tǒng)是以一維系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，80年代后期，多數(shù)二維信號處理都是用可分的二維系統(tǒng)?？煞值亩S系統(tǒng)與用于二維數(shù)據(jù)的一維系統(tǒng)幾乎沒有差別。隨后，發(fā)展了獨特的多維算法，該算法相當(dāng)于一維算法的邏輯推理。這是一段失敗的時期，由干許多二維應(yīng)用要求數(shù)據(jù)量很大，且iT缺少二淮多項式太分解理論，很多一維方法不能很好地推廣到二維上來。我們現(xiàn)在正處于認(rèn)識的萌芽時代。計算機工業(yè)以其部件的小型化和價格日趨低廉而有助于我們解決數(shù)據(jù)量問題。盡管我們總是受限于數(shù)學(xué)問題，但仍然認(rèn)識到，多維系統(tǒng)也給了我們新的自由度。以上這些，使得該領(lǐng)域既富于挑戰(zhàn)性又無窮樂趣，電子信息技術(shù)的結(jié)合之軟件結(jié)臺，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中可用電產(chǎn)信息技術(shù)的地方，仍然可以在生產(chǎn)或很低的條件下使用人力或傳統(tǒng)機械。電予信息技術(shù)應(yīng)到限制，在不同領(lǐng)域和不同水平有各種原因，但爛有一個共大原因是缺乏認(rèn)識。沒有認(rèn)識，便沒有應(yīng)層。

事實上，在一維和二維信號處理理論之間有實質(zhì)性的差別，而在二維和更高維之間，除了計算上的復(fù)雜世方耐差異之外，似乎差別較小。

參考文獻

[1] 吳云韜，廖桂生，田孝華. 一種波達方向、頻率聯(lián)合估計快速算法[J]電波科學(xué)學(xué)報， 2003，(04) .

[2] 呂鐵軍，王河，肖先賜. 利用改進遺傳算法的DOA估計[J]電波科學(xué)學(xué)報， 2000，(04)

[3] 劉全，雍玲，魏急波. 二維虛擬ESPRIT算法的改進[J]國防科技大學(xué)學(xué)報， 2002，(03) .

[4] 呂澤均，肖先賜. 一種沖擊噪聲環(huán)境中的二維DOA估計新方法[J]電子與信息學(xué)報， 2004，(03) .

[5] 金梁，殷勤業(yè)，李盈. 時頻子空間擬合波達方向估計[J]電子學(xué)報， 2001，(01) .

[6] 金梁，殷勤業(yè). 時空DOA矩陣方法的分析與推廣[J]電子學(xué)報， 2001，(03) .

篇4

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理；課程規(guī)范化建設(shè)；教學(xué)實踐

中圖分類號：G420 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）27-0134-02

一、引言

“數(shù)字信號處理”課程是測試計量技術(shù)及信息工程類的專業(yè)基礎(chǔ)平臺課程，同時也是許多相關(guān)專業(yè)碩士研究生的入學(xué)考試或后續(xù)課程，在高校理工培養(yǎng)計劃中占有重要的地位。

課程中涉及的基本原理和公式推導(dǎo)較多，需要“高等數(shù)學(xué)”、“信號與系統(tǒng)”等多門先修課程的學(xué)習(xí)，內(nèi)容比較抽象，教學(xué)難度相對較大，該課程成為學(xué)生普遍反映的“頭疼課”，課題組教師多年來一直在尋找多種切實可行的教學(xué)方法及教學(xué)手段并開拓提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的方法，取得了一定的效果，在此基礎(chǔ)上，借深化課程改革以及專業(yè)綜合認(rèn)證的契機，結(jié)合自己的教學(xué)實踐，提出數(shù)字信號處理課程的規(guī)范化建設(shè)。

二、修訂課程大綱

針對授課專業(yè)學(xué)生的知識體系和應(yīng)用需要，進一步修訂與完善課程大綱，重點體現(xiàn)為教學(xué)目標(biāo)的明確化與具體化，課程的教學(xué)目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求有對應(yīng)關(guān)系，指明要使學(xué)生能夠具備何種能力。教學(xué)過程圍繞如何達到教學(xué)目標(biāo)組織教學(xué)，課程的教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)對教學(xué)目標(biāo)的支撐，考核方式要驗證對教學(xué)目標(biāo)的達成。

三、教學(xué)模式改革

傳統(tǒng)教學(xué)采用多媒體+板書的授課方式，由于課程內(nèi)容抽象、公式煩瑣，課堂教學(xué)具有一定難度，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中比較困難，一些定理、公式往往不能完全理解，加上學(xué)時壓縮導(dǎo)致授課速度加快，對一些需要深入討論的知識點不能一一詳盡分析探討。多媒體課件的輔助使用能對理解抽象概念起到一定作用，但由于缺乏自主訓(xùn)練，被動接受導(dǎo)致學(xué)生仍不能深層次的理解內(nèi)容的本質(zhì)，效果的改善不是特別明顯。本次教學(xué)模式改革宗旨是避免傳統(tǒng)、單一的課堂知識講授，以“讓學(xué)生動腦思考、動手訓(xùn)練，促進知識到能力轉(zhuǎn)化”為目的，設(shè)計以能力培養(yǎng)為主的教學(xué)環(huán)節(jié)。

這一教學(xué)改革方向，具體從修訂課程大綱、教學(xué)模式改革、課程考核方式改革和規(guī)范考核報告等幾個方面制定教學(xué)改革建設(shè)的方案和措施：

1.針對授課專業(yè)學(xué)生的知識體系和應(yīng)用需要，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方向，增加教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，完備數(shù)字信號處理課程體系，包括完善教學(xué)體系、修訂教學(xué)大綱、實驗大綱和授課日歷等。

2.針對傳統(tǒng)課程考核試卷成績權(quán)重過高，容易造成學(xué)生平時不重視、考前突擊的應(yīng)試局面，提出多元化考核方式，改變以往以卷面考試為主要評測標(biāo)準(zhǔn)的做法，將學(xué)生在課程學(xué)習(xí)全過程中的表現(xiàn)均納入考核范疇，建立注重過程和綜合能力的課程考核機制。

3.規(guī)范課程考核報告，在完成傳統(tǒng)成績分析的基礎(chǔ)上，考核報告圍繞對課程目標(biāo)的達成與畢業(yè)能力的達成來量化，并根據(jù)達成度結(jié)果提出持續(xù)改進措施，形成教學(xué)過程的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，不斷改善教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

4.深入開展教學(xué)方法研究與實踐，撰寫有關(guān)教學(xué)方法、教學(xué)改革等教學(xué)理論研究論文。

四、課程考核方式改革

我?！皵?shù)字信號處理”總學(xué)時為40，其中理論36學(xué)時，實驗4學(xué)時。傳統(tǒng)考核方式為結(jié)課考試占80%，平時成績20%。由于結(jié)課考試權(quán)重過高，容易造成學(xué)生平時不重視，通過考前突擊應(yīng)付考試的局面，陷入應(yīng)試教育的誤區(qū)。本次課程考核方式改革的思路是豐富考核形式，建立基于過程的綜合考試方式，注重對知識應(yīng)用能力、實踐能力、解決問題能力和創(chuàng)新能力的考核。課程考核應(yīng)全面檢查教學(xué)內(nèi)容完成情況，并且結(jié)合課程的教學(xué)目標(biāo)，考查所要達成的畢業(yè)能力。圖1給出了課程考核構(gòu)成示意圖。

1.結(jié)課考試。結(jié)課考試各考題對應(yīng)相應(yīng)的課程目標(biāo)，包括概念理解、理論計算、工程問題分析與設(shè)計，全面考察學(xué)生掌握知識情況。

2.項目作業(yè)。項目作業(yè)是實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，以團隊方式實施，原則每組3―4人，學(xué)生團隊自我組織和協(xié)調(diào)關(guān)系，通過分工合作、交流討論的方式完成相應(yīng)任務(wù)，每組提交研究報告一份。報告需針對各個問題的提出解決方案，包括查了哪些資料、做了哪些嘗試、嘗試的效果、遇到的問題、問題的解決方法、遺留的問題、遺留問題的原因分析、方法的改進創(chuàng)新等，不限于以上各點。項目作業(yè)將以答辯的形式進行驗收，答辯結(jié)束后，學(xué)生需及r上交項目研究報告和PPT。報告內(nèi)容的完整度與答辯過程分析問題的深入程度及解決問題方法的正確性、新穎性作為成績評定的依據(jù)。

3.實驗考核。根據(jù)學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)、實驗紀(jì)律、實驗動手能力及實驗報告結(jié)果，進行綜合評定。

4.平時成績。平時成績包括作業(yè)成績和課堂表現(xiàn)和討論課成績。作業(yè)成績依據(jù)作業(yè)的實際得分計算。課堂表現(xiàn)的量化依據(jù)是隨堂回答問題和討論課環(huán)節(jié)學(xué)生的參與度、對問題的思辨能力與拓展能力。討論課成績依據(jù)學(xué)生資料查閱、知識熟練運用及體會、PPT制作等綜合評分。

考核方式的多元化改變了以往以卷面考試為主要評測標(biāo)準(zhǔn)的做法，將學(xué)生在課程學(xué)習(xí)全過程中的表現(xiàn)均納入考核范疇，建立了注重過程和綜合能力的課程考核機制。

五、課程考核報告規(guī)范化

此次課程改革的一個重要環(huán)節(jié)是考核分析報告的規(guī)范化，報告由總表和附表兩部分組成?？偙砼c傳統(tǒng)的試卷分析類似，包括課程的基本信息，如開課學(xué)期、班級、任課教師等，以及考核各環(huán)節(jié)的比重和成績分布情況。附表構(gòu)成如表1。

其中，課程目標(biāo)和畢業(yè)要求由教學(xué)大綱給出?？己藞蟾鎳@對課程目標(biāo)的達成與畢業(yè)能力的達成來量化，并根據(jù)達成度結(jié)果提出持續(xù)改進措施，形成教學(xué)過程的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。

六、結(jié)語

本文針對“數(shù)字信號處理”的課程特點，提出了課程規(guī)范化建設(shè)方案。從大綱修訂、教學(xué)模式與考核方式的改革、考核分析報告的完善等幾個方面闡述了具體實施辦法。通過教改使教師有意識的提高自己的知識水平、道德素養(yǎng)和業(yè)務(wù)能力，加強教師團隊建設(shè)，本次改革已在本專業(yè)試用一學(xué)期，結(jié)果表明，該門課程的規(guī)范化建設(shè)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)d趣，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，改變消極被動的學(xué)習(xí)習(xí)慣，變被動為主動，通過對考核分析報告中達成度的結(jié)果進行持續(xù)改進，必然會使教學(xué)質(zhì)量得到進一步提高。

參考文獻：

[1]胡廣書.數(shù)字信號處理-理論算法與實現(xiàn)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[2]謝平，王娜，林洪彬.信號處理原理及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[3]劉永紅，王娜.“數(shù)字信號處理”課程學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2014，36（2）：9-11.

篇5

“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”課程中有關(guān)離散信號與系統(tǒng)分析，以及Z變換等部分內(nèi)容缺乏統(tǒng)一性、完整性和系統(tǒng)性。兩門課程雖然都是對信號和系統(tǒng)進行講解，卻沒有形成有機的整體，在教學(xué)過程中經(jīng)常存在配合不好的現(xiàn)象。而在課程開設(shè)時，學(xué)校為了課程各自體系的完整，出現(xiàn)授課的重復(fù)性和不相關(guān)性等問題，對學(xué)生系統(tǒng)掌握連續(xù)和離散信號與系統(tǒng)的分析人為制造了障礙。兩門課程都具有理論性過強，不易理解，而實際應(yīng)用較少的特點。厚厚的教材、大量的數(shù)學(xué)公式及推導(dǎo)過程、眾多需要理解和掌握的知識點，加大了學(xué)習(xí)的難度，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中形成畏懼心理，又對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)喪失興趣和信心。另外，課程缺乏“新鮮元素”，絕大多數(shù)教材沒有介紹信號最新的技術(shù)和發(fā)展趨勢，教師在授課時也會因為課時問題而忽略這部分信息，以至于使部分學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)“信號與系統(tǒng)”課程和“數(shù)字信號處理”課程缺乏實用性，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動力。正是課程在設(shè)置時存在的這些問題，在某種意義上給教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)帶來一定困難。針對這些問題，論文將結(jié)合本院課程體系現(xiàn)狀，分析這兩門課程優(yōu)化整合的思路。

宿遷學(xué)院課程體系現(xiàn)狀

在本院電子信息工程專業(yè)，“信號與系統(tǒng)”課程開設(shè)在本科第四學(xué)期，“數(shù)字信號處理”開設(shè)在第五學(xué)期，經(jīng)過長達兩個月的假期，學(xué)生對很多內(nèi)容產(chǎn)生遺忘的現(xiàn)狀，這就為“數(shù)字信號處理”的學(xué)習(xí)帶來困難。因此，“數(shù)字信號處理”課程的前幾章主要涉及離散信號與系統(tǒng)的時域分析以及Z變換，這部分內(nèi)容實際在前面課程已經(jīng)講授過。文獻[5]的作者結(jié)合其專業(yè)的具體情況，經(jīng)過3年的對比教學(xué)，得出在“數(shù)字信號處理”課程的開始前，以8個學(xué)時來復(fù)習(xí)“信號與系統(tǒng)”課程的基本概念和理論是最佳的教學(xué)方式的結(jié)論。然而，本院電子信息工程專業(yè)的教學(xué)計劃中，“信號與系統(tǒng)”理論50學(xué)時、實驗10學(xué)時，“數(shù)字信號處理”理論40學(xué)時、實驗5學(xué)時，這兩門課程的學(xué)時較少。由于“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)內(nèi)容多，而課時偏少，在一個學(xué)期將本該70課時左右的課程壓縮到50課時，具有很大難度。因此，把離散部分的許多基本內(nèi)容留給后續(xù)課程講解，如離散信號與系統(tǒng)的時域與Z域分析這部分內(nèi)容主要放置在“數(shù)字信號處理”中講解，將有限的課時用于連續(xù)信號與系統(tǒng)的分析講解，這更有利于提高課時利用率。另外，結(jié)合課程特點，為了促進學(xué)生對理論知識的理解和掌握，本院將一定數(shù)量的習(xí)題課改為學(xué)生課后習(xí)題，并結(jié)合課程考核以督促學(xué)生獨立認(rèn)真完成，通過這種做法，將有限課時用于課程內(nèi)容講授和師生互動。

課堂教學(xué)方式和方法

1.啟發(fā)式教學(xué)

這兩門課程都具有自身內(nèi)容抽象，僅憑想象難以理解的特點，教師照本宣科將使學(xué)生感到煩躁，喪失學(xué)習(xí)興趣，在具體教學(xué)中運用了以下教學(xué)方法：第一，采用“類比”的方法。教師根據(jù)“信號與系統(tǒng)”特有的對稱特性，按連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的分析方法，采用類比方法分析離散時間信號與系統(tǒng)。在傅里葉變換的基本性質(zhì)和拉氏變換的基本性質(zhì)等的講解中也采用了該方法；第二，課堂教學(xué)盡可能體現(xiàn)“提出問題、分析問題和解決問題”這個過程。在教學(xué)中教師通過問題來啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生積極思考和分析問題，盡量讓學(xué)生在實踐中解決問題，使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中逐漸提高學(xué)習(xí)的興趣和能力。

2.傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代電教法的結(jié)合

傳統(tǒng)教學(xué)主要以教師板書，學(xué)生記筆記為主，雖然具有思路詳細、公式定理推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膬?yōu)點，但這種“滿堂灌”的教學(xué)方式在增加教師勞動強度的同時，沉悶的課堂氣氛也降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。現(xiàn)代電教法在授課時雖然能有“聲”有“色”，但是過多的感官刺激也會使學(xué)生麻痹，另外，電教法在課堂教學(xué)中普遍存在信息容量大的問題，相比傳統(tǒng)教學(xué)法，學(xué)生需要接收更多信息，如果課后學(xué)生未及時復(fù)習(xí)整理，將會出現(xiàn)課堂熱鬧，下課作業(yè)困難，學(xué)生考試成績不理想的現(xiàn)象。傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代電教法為主的教學(xué)模式各有優(yōu)缺點，在教學(xué)中扮演著各自不同的角色，教師取長補短、靈活應(yīng)用不同的教學(xué)方法，才能改善授課效果。因此在教學(xué)過程中，筆者根據(jù)課程的特征靈活應(yīng)用多種教學(xué)方法，如以電教法為主，傳統(tǒng)教學(xué)為輔的教學(xué)模式，以提高教師授課效率和學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。電教法可以分為“多媒體教學(xué)”以及“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)”兩種模式。多媒體教學(xué)主要指教師課堂授課使用多媒體輔助教學(xué)，這要求備課時準(zhǔn)備課件。圖文并茂的視覺演示為抽象概念的講解提供了方便，另外多媒體教學(xué)還可以增加較多的應(yīng)用示例，拓寬學(xué)生的知識面，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但這種教學(xué)方式也存在一些缺點，如過多的視覺沖擊會造成學(xué)生視覺疲勞。為了彌補傳統(tǒng)教學(xué)模式與多媒體教學(xué)手段的局限性，本院正在積極建設(shè)“信號與系統(tǒng)”網(wǎng)絡(luò)課程。課程網(wǎng)站為學(xué)生自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件，提供了幫助和指導(dǎo)。教師將課程教學(xué)大綱和學(xué)習(xí)要求、教學(xué)課件、習(xí)題、模擬試題及實驗教學(xué)等資源放置在課程網(wǎng)站上，可以方便學(xué)生自學(xué)。而網(wǎng)絡(luò)課程中的在線交流模塊，方便了教師對學(xué)生進行教學(xué)指導(dǎo)和答疑，加強了師生之間的交流，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。當(dāng)然教師應(yīng)該引導(dǎo)和督促學(xué)生訪問課程網(wǎng)站，積極利用豐富的學(xué)習(xí)資源。比如將傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè)上網(wǎng)，要求學(xué)生登錄自己的帳號，完成規(guī)定數(shù)量的習(xí)題并實時由系統(tǒng)打分，在課程考察時將這部分成績納入期末成績。網(wǎng)絡(luò)課程可以克服傳統(tǒng)教學(xué)對教學(xué)時間、教學(xué)地點的限制，促進教學(xué)質(zhì)量的提高。

實踐教學(xué)

實踐教學(xué)可以使學(xué)生對信號及信息處理領(lǐng)域有一個全面的認(rèn)識，因此實踐教學(xué)是至關(guān)重要的一個教學(xué)環(huán)節(jié)，合理安排實踐教學(xué)對課程的學(xué)習(xí)很重要。本課程的實驗教學(xué)可以結(jié)合Matlab 軟件應(yīng)用安排編程練習(xí)。目前，這種做法已取得國內(nèi)、外廣大任課教師的共識。[4]本院這兩門課程實驗主要采用Matlab軟件仿真的方式，主要由驗證性實驗和綜合設(shè)計性實驗組成。驗證性實驗是為了培養(yǎng)學(xué)生的實驗動手能力和數(shù)據(jù)處理等其它技能。比如在“信號與系統(tǒng)”的驗證性實驗中，設(shè)計了用Matlab軟件實現(xiàn)常見連續(xù)和離散信號，通過這個實驗，學(xué)生可以初步了解使用Matlab軟件編程實現(xiàn)一些簡單函數(shù)的方法，為后繼設(shè)計性和驗證性實驗打下基礎(chǔ)。在進行了一定數(shù)量的驗證性實驗之后，就可以進行綜合性實驗。綜合設(shè)計性實驗要求學(xué)生根據(jù)實驗要求編寫程序，獲取仿真結(jié)果，并對結(jié)果進行分析總結(jié)，并完成相應(yīng)思考題。這能夠培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力，提高學(xué)生設(shè)計的能力。

結(jié)論

篇6

論文關(guān)鍵詞：信號分析與處理,教學(xué)改革,應(yīng)用型,考核方式

近幾年隨著信息科學(xué)發(fā)展日新月異，對相應(yīng)的基礎(chǔ)理論教學(xué)不斷提出更新的要求，“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”課程的教學(xué)正在受到?jīng)_擊。為適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和當(dāng)今的教學(xué)規(guī)律，并結(jié)合我校“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)理念，我院采用將“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”這兩門課程整合為一門課程“信號分析與處理”，并率先在應(yīng)用電子專業(yè)進行試點。本文主要論述我院“信號分析與處理”課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核方式上的改革思路和方案。

1 教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

“信號分析與處理”課程內(nèi)容廣泛、抽象，涉及的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)多。我院?？茖W(xué)生由于基礎(chǔ)薄弱，很多內(nèi)容不管是從概念的理解還是公式計算上都會有一定的難度，而且按照教學(xué)大綱要求在規(guī)定的60學(xué)時內(nèi)把連續(xù)時間信號和系統(tǒng)分析，離散時間信號和系統(tǒng)分析，離散傅里葉變換，快速傅里葉變換，數(shù)字濾波器的設(shè)計，包括無限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計和有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計的內(nèi)容講述完，是有一定難度的。因此，有必要對教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)整，內(nèi)容既不能貪多求全，又不能抽象偏難。

在教學(xué)內(nèi)容改革中，從實用性出發(fā)，將理論和應(yīng)用相結(jié)合。首先，改變過去的以系統(tǒng)分析為主體，信號分析服從系統(tǒng)分析需要的格局，建立起信號分析為基礎(chǔ)，系統(tǒng)分析與綜合為信號分析與綜合服務(wù)的概念。緊緊抓住信號這條主線，舍棄一些偏理論性且不適用的內(nèi)容，重點介紹信號分析、處理的基本概念、基本原理和基本分析方法。

其次，“信號分析與處理”課程涉及的分析方法較多，如對連續(xù)信號有時域法、傅立葉變換、拉普拉斯變換，對離散信號有時域法、離散傅立葉變換、快速傅立葉變換、z變換，如果每種方法都詳細講述并推導(dǎo)過程，會讓學(xué)生陷于紛繁的公式推導(dǎo)中，讓很多學(xué)生感覺在上一門數(shù)學(xué)課，可以想象這樣的教學(xué)效果肯定不好，也讓學(xué)生感到枯燥乏味。在分析方法教學(xué)內(nèi)容安排上，注重概念的理解和建立，弱化數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，簡化求解運算，給學(xué)生講解這些知識點可以解決哪些實際的問題，培養(yǎng)學(xué)生處理數(shù)據(jù)的能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。比如用經(jīng)典法求解系統(tǒng)的微分方程，在“高等數(shù)學(xué)”課程中已花費較多時間學(xué)習(xí)，在“信號與分析”課程中直接應(yīng)用，不再推導(dǎo)；離散狀態(tài)方程的時域解法對?？瓢嗤瑢W(xué)不做要求；把拉普拉斯變換、Z變換作為數(shù)學(xué)工具介紹，告訴學(xué)生如何用這些工具；對傅立葉變換，重點放到對頻譜、振幅譜和相位譜的分析上，讓學(xué)生掌握圖譜所包含的信息。

再有，適當(dāng)增加Matlab軟件應(yīng)用的內(nèi)容。“信號分析與處理”是一門理論性和實踐性較強的課程，通過這門課程，不在乎讓學(xué)生記住多少個公式、定理，而更在于學(xué)生能否借助這個工具去分析處理問題。財務(wù)論文因此，增加了MATLAB在信號分析與處理的內(nèi)容，由于課堂教學(xué)學(xué)時的限制，這部分內(nèi)容更多地放在實驗教學(xué)中。

2 教學(xué)手段的多樣性

2.1 靈活性教學(xué)

傳統(tǒng)的教學(xué)次序是先講連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的分析，再講離散時間信號與系統(tǒng)的分析。鑒于兩部分內(nèi)容之間的相互關(guān)系，教學(xué)次序上先信號后系統(tǒng)，先連續(xù)后離散。什么是信號？什么是連續(xù)信號和離散信號？兩者有什么區(qū)別和聯(lián)系？兩者的分析方法又有什么的異同？系統(tǒng)是為了達到特定目的對信號進行處理、變換的器件、裝置、設(shè)備及其組合。為了處理不同的信號，對應(yīng)系統(tǒng)的分析方法又有什么異同？在教學(xué)上把注意力放在它們之間的類同點和不同點上，對分析方法和過程進行類比推導(dǎo)講授，這樣既能幫助學(xué)生梳理課程的脈絡(luò)結(jié)構(gòu)，又能加深對知識點的理解。

2.2 板書和多媒體教學(xué)有機結(jié)合

改革傳統(tǒng)的黑板式單一教學(xué)模式，在課堂教學(xué)過程中按講授內(nèi)容靈活使用黑板和PowerPoint。“信號分析與處理”課程中包含大量的數(shù)學(xué)公式和理論推導(dǎo)，如果單純應(yīng)用板書，公式的推導(dǎo)和圖形繪制會占用大量的時間和精力，可充分利用多媒體的教學(xué)優(yōu)勢，對已知的公式和易懂的內(nèi)容快速顯示，而重點和難點的地方又可應(yīng)用板書予以補充，增加知識保留時間，有利于師生交流的融合。借助于多媒體，還可以把課程中難以理解的概念形象化，加深學(xué)生的理解。比如卷積積分、卷積和，信號的采樣和恢復(fù)等內(nèi)容的教學(xué)，可以借助多媒體把復(fù)雜的求解過程，以圖形方式演示出來，中間過程一目了然，這種方式能夠加深他們對于信號的理解和掌握。因此，在課堂教學(xué)中，要做好板書書寫和多媒體播放的完美結(jié)合，充分發(fā)揮兩種教學(xué)手段的優(yōu)勢，增進學(xué)生對課程的理解和掌握。

2.3 將Matlab引入課程教學(xué)

Matlab 軟件提供了數(shù)據(jù)采集工具箱、信號處理工具箱以及時頻工具箱等相關(guān)命令和函數(shù)。用戶不僅可以使用Matlab語言靈活方便地編寫應(yīng)用程序，也可以通過Simulink軟件包對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真以及分析。實驗教學(xué)中側(cè)重于MATLAB在信號分析與處理的應(yīng)用，在課程教學(xué)中則是借助Matlab加深學(xué)生對知識點的理解。如連續(xù)信號的時域運算，如果按照常規(guī)的課堂板書推導(dǎo)計算方法，學(xué)生是很難想象信號如何進行運算的。為此我們通過Matlab環(huán)境編寫了連續(xù)信號的時域運算的演示環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生理解信號時域運算的每個環(huán)節(jié)和步驟。通過Matlab演示，一方面能加深學(xué)生對已學(xué)概念、原理的理解，另一方面也為信號分析方法的研究、信號處理系統(tǒng)的設(shè)計打下基礎(chǔ)。

3 考核方式的改革

考試在一定程度上是學(xué)生學(xué)習(xí)的指揮棒，為避免學(xué)生為了考試而學(xué)，為了考試而背，臨時抱佛腳的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)方法。在新的教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)思想的指導(dǎo)下，對當(dāng)前的考試方法及考試內(nèi)容進行了改革。考試內(nèi)容不再過多地注重公式記憶和單調(diào)的公式計算，而是側(cè)重在問題的分析方法，強調(diào)基本內(nèi)容、基本概念及知識的綜合應(yīng)用能力?？己丝傇u成績不再單一是期末的卷面成績，而是由卷面成績、平時成績和實驗成績?nèi)齻€部分組成，并提高實驗比例，占到了總評成績的百分之三十。平時成績包括學(xué)生出勤情況、作業(yè)情況、答疑情況等，如果有與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的，可以適當(dāng)調(diào)高總評成績。

4 結(jié)束語

“信號分析與處理”是工科院校中一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為了提高該門課程的教和學(xué)的質(zhì)量，我們從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面對課程進行了改革，實踐證明這些改革是切實有效的，學(xué)生對信號分析與處理的應(yīng)用能力都得到了加強。教學(xué)改革是一項艱巨的任務(wù)，雖然取得了一定的進步和成績，但在各個環(huán)節(jié)還需要繼續(xù)的探索，還要加強教學(xué)研究和與其他學(xué)校的交流，努力把它建設(shè)成為學(xué)生愿意學(xué)習(xí)并真正能夠應(yīng)用到實踐中去解決實際問題的課程。

【參考文獻】

[1]趙光宙，齊冬蓮.“信號分析與處理”課程教學(xué)改革與思考[J].2007年中國自動化教育學(xué)術(shù)年會，2007：379-382.

篇7

論文關(guān)鍵詞：MATLAB，矩陣，自動化，教學(xué)方法

 

引言

MATLAB是MATrixLABorotory(矩陣實驗室)的縮寫。MATLAB語言是一種廣泛應(yīng)用于工程計算及數(shù)值分析領(lǐng)域的新型高級語言，它在數(shù)值計算、符號計算、繪圖功能以及圖形化編程等方面有著非常強大的功能。同時MATLAB具有豐富的工具箱，包括符號數(shù)學(xué)工具箱、SIMULINK仿真工具箱、控制系統(tǒng)工具箱、信號處理工具箱、圖象處理工具箱、通訊工具箱、系統(tǒng)辨識工具箱、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)工具箱、金融工具箱等數(shù)十種，使其在工業(yè)研究與開發(fā)，數(shù)學(xué)、電子學(xué)、控制理論和物理學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等學(xué)科的教學(xué)與研究中得到廣泛應(yīng)用。MATLAB功能強大、簡單易學(xué)、編程效率高，深受廣大科技工作者的歡迎，自1984年由美國MathWorks公司推向市場以來，歷經(jīng)二十多年的發(fā)展與競爭，現(xiàn)已成為國際公認(rèn)的最優(yōu)秀的工程應(yīng)用開發(fā)環(huán)境。在歐美各高等院校，MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真、圖像處理等課程的基本教學(xué)工具，成為大學(xué)生、碩士生、以及博士生必須掌握的基本技能。

目前，國內(nèi)大學(xué)的理工科專業(yè)都將MATLAB作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，那么如何能夠讓學(xué)生在本課程的學(xué)習(xí)中提高興趣，掌握相關(guān)知識為后續(xù)課程搭建好學(xué)習(xí)和實驗研究的平臺就成為了本課程教學(xué)中的一個重要問題。本文結(jié)合作者MATLAB課程多年的教學(xué)經(jīng)驗，對該課程的教學(xué)做以下探討。

1、掌握MATLAB語言的特點矩陣，把握細節(jié)教學(xué)

MATLAB提供了豐富的矩陣運算處理功能，是基于矩陣運算的處理工具，所有的變量都被看作矩陣，例如 C = A + B，A，B，C都是矩陣，是矩陣的加運算，即使一個常數(shù)，Y=10，MATLAB也看做是一個1′1的矩陣。對于矩陣的學(xué)習(xí)，關(guān)鍵是掌握矩陣元素的標(biāo)識并靈活運用。在教學(xué)中，我們可以通過下面的矩陣使學(xué)生對矩陣的標(biāo)識進行掌握中國知網(wǎng)論文數(shù)據(jù)庫。

（1）

掌握矩陣元素的基本標(biāo)識之后，對于應(yīng)用和提取矩陣中的元素，通過以下表格并演示運行結(jié)果來掌握。

舉例，如對于

A(:, 4)=

表1 矩陣元素尋訪

 

標(biāo)識

使用說明

A(m, n)

提取第m行，第n列元素

A(:, n)

提取第n列元素

A(m, :)

提取第m行元素

A(m1:m2, n1:n2)

提取第m1行到第m2行和第n1列到第n2列的所有元素

A(m:end, n)

提取從第m行到最末行和第n列的子塊

篇8

系統(tǒng)總結(jié)了當(dāng)前電壓型可逆變流器控制策略的發(fā)展概況，并對其詳細分類研究。在比較各種控制方案優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上最終確定了以電流d-q變換結(jié)合滑模控制作為本課題的控制策略。

詳細闡述了電壓型可逆變流器的數(shù)學(xué)模型，包括通用數(shù)學(xué)模型、d-q變換大信號數(shù)學(xué)模型、以及d-q變換小信號數(shù)學(xué)模型。根據(jù)d-q變換大信號數(shù)學(xué)模型建立了系統(tǒng)的電流環(huán)。結(jié)合d-q變換小信號數(shù)學(xué)模型設(shè)計了電壓環(huán)以及電壓環(huán)的滑模控制器。

確定了電壓空間矢量(SVPWM)作為開關(guān)控制策略。詳細闡述了其基本原理?；贛ATLAB對其進行了仿真研究。針對可逆變流器使用常規(guī)的PID控制對系統(tǒng)參數(shù)變化的較為敏感性，電壓環(huán)采用了滑模變結(jié)構(gòu)控制以期得到改善?；贛ATLAB仿真軟件完成了系統(tǒng)的忽略高次諧波、不忽略高次諧波下的SPWM、SVPWM的閉環(huán)系統(tǒng)仿真。

針對單片機控制系統(tǒng)的計算速度慢，實時性控制較差，因此本課題采用TI公司的數(shù)字信號處理器TMS320F240來控制系統(tǒng)，以期提高計算速度。

根據(jù)本課題的控制方案，設(shè)計了系統(tǒng)軟件流程，編寫了系統(tǒng)的電流電壓雙閉環(huán)程序?；赥MS320F240發(fā)出開關(guān)頻率fs =900Hz的空間矢量波形。理論上的分析結(jié)合實踐過程完成了系統(tǒng)的開環(huán)和閉環(huán)實驗，驗證了控制方案的可行性。

本課題獲得河北省教委科技基金支持，是國家自然科學(xué)基金的后續(xù)課題，對解決電網(wǎng)諧波污染，提倡綠色用電有著重大的經(jīng)濟價值和理論上的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞　功率因數(shù)校正；可逆變流器；滑模變結(jié)構(gòu)控制；空間矢量；數(shù)字信號處理器

Abstract

Development survey of control strategy of voltage type reversible converter is summarized systematically. Control strategy is studied in detail. Direct current d-q change and sliding mode controls are regarded as control strategy of this paper on the basis of comparing of advantages and disadvantages varieties of control strategy.

Mathematics mode is set forth detailedly， including; current general mathematics mode; d-q change large signal mathematics model and d-q change small signal mathematics model. The system current loop is established according to d-q change large signal mathematics model. The voltage loop and its SMC are designed according to d-q change small signal mathematics model.

Space vector PWM is regarded as switch control strategy .Its essential principle is set forth detailedly and is simulated based on MATLAB. Voltage loop adopts variable structure control with sliding mode in order to improve with regard to conventional PID control， which is sensitive to system parameter. Close loop system simulation of SPWM and SVPWM is completed with neglecting high harmonics and without neglecting high harmonics based on MATLAB.

Because calculation speed of single chip microprocessor is slow and it realizes timing control poorly， digital signal processor TMS320F240 of TI Company is adopted to improve the calculation speed.

Flowchart of system software is designed according to control strategy of this paper. The double close loop program of current and voltage is complied. SVPWM wave of switch frequency (900Hz) is emitted based on TMS320F240.Open loop experimentation and close experimentation is completed according to theory analysis and practice process， validating feasibility of control strategy.

This paper obtains the sustainment of science and technology fund of committee of education in province HeBei and is the follow-up task of nature science fund of country and has the important value of economy and the guidance significance of theory.

Keywords power factor correction; reversible converter; variable structure control with sliding mode; space vector; digital signal processor

目　錄

摘要……………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract……………………………………………………………………Ⅱ

第1章 緒論…………………………………………………………………1

1.1 功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展概況………………………………………1

1.1.1 單個三相PFC電路………………………………………………2

1.1.2 電流斷續(xù)狀態(tài)下三相單開關(guān)變換器……………………………3

1.1.3 電流斷續(xù)狀態(tài)下的三相升壓變換器……………………………4

1.1.4 電流連續(xù)狀態(tài)下三相升壓變換器………………………………4

1.1.5 三相降壓整流器…………………………………………………5

1.2 電壓型可逆變流器的開關(guān)控制策略…………………………………5

1.3 電壓型可逆變流器的控制方案………………………………………6

1.3.1 間接電流控制……………………………………………………6

1.3.2 直接電流控制……………………………………………………7

1.4 可逆變流器控制策略的新發(fā)展………………………………………9

1.4.1 單周控制…………………………………………………………10

1.4.2 占空比控制………………………………………………………10

1.4.3 基于Lyapunov非線性大信號方法控制………………………10

1.4.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯控制………………………………………10

1.4.5 雙電流控制………………………………………………………11

1.4.6 輸出直流電壓的優(yōu)化前饋補償控制……………………………11

1.5 本課題工作…………………………………………………………11

第2章 可逆變流器控制方案及數(shù)學(xué)模型…………………………13

2.1 可逆變流器數(shù)學(xué)模型概述…………………………………………13

2.2 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立………………………………………………13

2.2.1 系統(tǒng)通用數(shù)學(xué)模型的建立………………………………………14

2.2.2 系統(tǒng)d-q數(shù)學(xué)模型的建立………………………………………16

2.2.3 系統(tǒng)小信號數(shù)學(xué)模型……………………………………………18

2.3 系統(tǒng)的控制方案……………………………………………………21

2.4 變流器電流環(huán)的設(shè)計………………………………………………22

2.5 滑模變結(jié)構(gòu)控制理論………………………………………………25

2.5.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本問題……………………………………26

2.5.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本策略……………………………………26

2.5.3 滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)………………………………27

2.6 滑?？刂破骷半妷涵h(huán)的設(shè)計………………………………………28

2.6.1 廣義控制對象的確定……………………………………………28

2.6.2 滑模控制器的改進………………………………………………32

2.7 本章小結(jié)……………………………………………………………36

第3章 系統(tǒng)仿真研究……………………………………………………37

3.1 空間矢量PWM(SVPWM)的基本原理……………………………37

3.2 空間矢量的工作模式和時間的計算………………………………38

3.3 空間矢量調(diào)制比及其對系統(tǒng)的影響………………………………42

3.4 空間矢量的MATLAB仿真………………………………………43

3.5 控制系統(tǒng)仿真研究………………………………………………45

3.5.1 不忽略高次諧波下的總系統(tǒng)SPWM仿真……………………49

3.5.2 不忽略高次諧波下的總系統(tǒng)空間矢量仿真……………………50

3.6 本章小結(jié)……………………………………………………………52

第4章 基于DSP軟件實現(xiàn)……………………………………………53

4.1 TMS320F240的結(jié)構(gòu)與匯編原理……………………………………53

4.2 TMS320F240的中斷結(jié)構(gòu)……………………………………………54

4.3 TMS320F240的定點運算……………………………………………55

4.4 系統(tǒng)控制的硬件和軟件設(shè)計………………………………………56

4.4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計……………………………………………………57

4.4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計……………………………………………………58

4.5 本章小結(jié)……………………………………………………………60

第5章 系統(tǒng)實驗…………………………………………………………61

5.1 開環(huán)實驗……………………………………………………………62

5.2 閉環(huán)實驗……………………………………………………………64

5.2.1 電流閉環(huán)實驗……………………………………………………64

5.2.2 電壓閉環(huán)實驗……………………………………………………67

5.3 實驗注意事項………………………………………………………69

5.4 本章小結(jié)……………………………………………………………69

結(jié)論……………………………………………………………………………71

參考文獻………………………………………………………………………72

攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的論文……………………………………………77

致謝……………………………………………………………………………78

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篇9

論文關(guān)鍵詞：檢測儀器,智能,模塊,網(wǎng)絡(luò)

一、前言

近年來，電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動化技術(shù)的高速發(fā)展，對檢測儀器檢測速度、準(zhǔn)確度以及檢測功能等整個性能方面提出了更高要求。而這些技術(shù)的發(fā)展也推動了電子測量技術(shù)的快速發(fā)展。同時也給測量儀器提供了巨大的市場，大量的新型產(chǎn)品都需要通過儀器的測量才能投放市場，所以這就對儀器的功能及測量能力有一個新的要求，以幫助工程技術(shù)人員在生產(chǎn)中適應(yīng)眾多的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和有效的處理各種問題。除以上技術(shù)外，現(xiàn)代監(jiān)測和傳感技術(shù)，顯示技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)和系統(tǒng)理論研究，也為檢測過程的數(shù)字化、智能化創(chuàng)造了條件?？傮w來看，檢測儀器的發(fā)展到目前已經(jīng)經(jīng)歷了三個階段：第一代是模擬儀器；第二代是數(shù)字式儀器，它是以數(shù)字電路進行信息的數(shù)字化處理，然后數(shù)字顯示，這種儀器比模擬儀器的測量精度要高，響應(yīng)速度快；第三代儀器是智能化儀器，它內(nèi)部含有單片機，無論數(shù)字采集和處理都是由單片機控制。

二、智能儀器

在智能儀器中，它們結(jié)構(gòu)與計算所相同而能完成儀器的有關(guān)功能，是因為智能儀器中利用單片機的算術(shù)邏輯處理能力和以軟件取代過去的電子線路和硬件功能，軟件的靈活性使得智能儀器可以用各種軟件和處理方法進行信息的采集、處理和存儲，而無需專用的電子線路，從而大大簡化了智能儀器的控制結(jié)構(gòu)。對于智能儀器而言，其硬件是數(shù)據(jù)采集技術(shù)及輸入輸出技術(shù)，包括單片機、接口和輸入輸出設(shè)備；而軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理包括采樣、濾波、處理，把輸入信息進行加工后產(chǎn)生所需的輸出信號送到輸出電路去顯示或傳送。

為了提高儀器的精確度，在智能儀器中有的還設(shè)置了自動校正、自選量程等功能。例如青島艾諾智能儀器有限公司生產(chǎn)的9601型耐電壓測試儀的輸出電壓，就采用分段軟件補償，消除變壓器、電感等器件的不一致性帶來的細小偏差，使0~5KV全量程電壓相對誤差精度保持在3%以內(nèi)。部分儀器為了擴展自身功能，在智能儀器中設(shè)置了多種物理測量功能，如：量制變換功能、間接結(jié)果計算功能、自動控制功能、打印功能、停電保存功能、自診斷和自測試等一些傳統(tǒng)儀器無法實現(xiàn)的功能，所以智能儀器不再是一種功能單一的儀器，而是一臺多功能儀器。

智能儀器和傳統(tǒng)儀器無論在結(jié)構(gòu)上或技術(shù)上都有很大區(qū)別，現(xiàn)代化的絕大多數(shù)測量儀器都基于微處理器化的智能式設(shè)計原理，所以智能儀器具有以下特點：

1、檢測與操作的自動化

2、信息傳輸與交換

3、小型化和多功能化

4、提高了檢測結(jié)果的可靠性

5、縮短了儀器的設(shè)計和研制周期

三、檢測儀器的模塊化

在測試系統(tǒng)中除了至今仍廣泛采用GPIB系統(tǒng)外，近年來出現(xiàn)VXI總線及檢測系統(tǒng)，它是以計算機為中心，配接一些功能模塊而構(gòu)成的模塊化測試系統(tǒng)。VXI系統(tǒng)具有使用靈敏方便、開放性強、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、擴展性好、數(shù)據(jù)傳輸速度快、體積小、模塊重復(fù)使用等優(yōu)點，便于充分發(fā)揮計算機能力。同時VXI總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還允許不同廠家生產(chǎn)的各種儀器、接口插板或計算所以模塊共存于同一VXI總線主機箱中，所以VXI總線系統(tǒng)具有非常好的開放性和靈活性。

另外，還由于模塊化測試系統(tǒng)具有通用的硬件平臺，如果配以不同的測試模塊，就可以將不同的測試功能有效地組合在一起，縮短了系統(tǒng)的組建時間。模塊化測試系統(tǒng)還有利于測試系統(tǒng)本身的擴展，如果需要，就可以方便地加入一個測試模塊或更換一個測試模塊，而不用重新購買一個完全新的系統(tǒng)，具有極強的靈活性。

四、檢測儀器的網(wǎng)絡(luò)化

現(xiàn)代的信息工業(yè)是以測量為主的信息采集，以通信為主的信息傳輸和以計算機技術(shù)為主的信息分析處理為其主要的基本環(huán)節(jié)。測量與通信及計算機技術(shù)的結(jié)合，形成了相互配合，共同提高的態(tài)勢。就測量和儀器而言，雖然微處理器的應(yīng)用已改變了它們的面貌，但傳統(tǒng)測量至今大多仍使用孤立或局部控制的儀器或測試系統(tǒng)，來取得單一的測試數(shù)據(jù)。面三種技術(shù)的結(jié)合，能使測量成為信息采集、傳輸和處理閉合環(huán)路中不可分割的組成部分。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的高速發(fā)展，測試系統(tǒng)與計算機網(wǎng)和通信網(wǎng)的結(jié)合正在為一種趨勢。

另外，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中為了保證產(chǎn)品的100%合格率，就必須在整個生產(chǎn)過程中實時跟蹤每一個環(huán)節(jié)，并及時反饋測試信息，崗位操作人員根據(jù)所獲得的信息資料隨時進行處理，可以說由單件儀器向網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變是一種必然的發(fā)展趨勢。

五、虛擬儀器

隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)的高速發(fā)展，計算機硬件價格的不斷下降，通用硬件平臺和虛擬儀器也正在成為一種新的趨勢，通用硬件平臺主要包括用于數(shù)據(jù)采集、信號分析處理和信號輸出顯示等帶有共性的硬件，例如微型計算機、A/D和D/A變換器、顯示器等，有了這些通用硬件平臺，根據(jù)不同儀器的具體技術(shù)要求，開發(fā)出相應(yīng)的軟件，就可以產(chǎn)生不同的測試功能的輸出多種測試信號。虛擬儀器充分利用了微型計算機強大的軟硬件技術(shù)，可以設(shè)計出風(fēng)格不同的人機操作界面，并且易于隨著計算機軟、硬件的升級而升級。虛擬儀器允許用戶在通用硬件平臺上根據(jù)自己的需要構(gòu)造儀器，充分發(fā)揮計算機或數(shù)字信號處理器的作用，對儀器功能進行變換組合，因而比實物儀器更具有靈活性。

篇10

關(guān)鍵詞：電子信息；創(chuàng)新型；人才培養(yǎng)；校企合作

中圖分類號：G640 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）02-0087-02

一、背景

電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)的是電子系統(tǒng)設(shè)計、信號處理方面的高級技術(shù)人才，結(jié)合本人在教學(xué)和學(xué)生創(chuàng)新實踐培養(yǎng)過程中的經(jīng)驗，就高校電子信息工程專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方面提出自己的幾點看法。電子信息工程是一個理論與實際動手能力緊密結(jié)合的專業(yè)，提高實際動手能力的最好途徑就是參與具體的課題研究。目前存在的普遍問題是：學(xué)生大學(xué)四年所學(xué)的書本知識不少，參與實際項目的開發(fā)研究機會較少，動手能力亟待提高。根據(jù)《教育部 財政部關(guān)于“十二五”期間實施“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的意見》的精神，結(jié)合我?！笆濉钡陌l(fā)展綱要及電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)方向的要求，探討提高電子信息工程專業(yè)大學(xué)生動手能力、培養(yǎng)適合社會急需的創(chuàng)新型人才的方法是本課題研究的重點。

二、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)

創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)是一個系統(tǒng)工程，貫穿于學(xué)生四年的大學(xué)生活。經(jīng)過四年的理論知識的學(xué)習(xí)和參加具體項目實際訓(xùn)練，學(xué)生要掌握扎實的專業(yè)知識、具有熟練通讀外文技術(shù)資料的水平、很強的動手和創(chuàng)新能力，畢業(yè)時能設(shè)計一個具有行業(yè)領(lǐng)先水平的產(chǎn)品，能承擔(dān)信號處理方面的科研工作。

三、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的意義

創(chuàng)新型人才培養(yǎng)對促進教學(xué)工作、提高教學(xué)質(zhì)量的意義在于以下幾個方面：

1.創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式我們采用擇優(yōu)錄取，優(yōu)勝劣汰的原則，形成特定的文化氛圍，以加速學(xué)生個體心理的健康成長與精英專業(yè)思維的形成。

2.我們對常規(guī)課程體系進行改革，除建立在數(shù)理基礎(chǔ)上的科學(xué)性系列課程以外，還提前側(cè)重工程實踐的工程性系列課程的講授時間。依據(jù)教育心理學(xué)中的目標(biāo)定向理論與自我效能感理論，通過課內(nèi)外貫通式創(chuàng)新實驗，形成持續(xù)的學(xué)習(xí)自我效能感，通過貫通式課程，形成階段性的知識融合，以改變學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確、精力投入不足、學(xué)習(xí)效果差的問題。

3.通過搭建引導(dǎo)、激勵、環(huán)境三方面結(jié)合的全方位創(chuàng)新實踐支撐平臺，實施課內(nèi)外結(jié)合的貫通式創(chuàng)新實踐活動，以構(gòu)建立體化創(chuàng)新實踐教學(xué)體系，實現(xiàn)本科全過程創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)。

四、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)計劃

根據(jù)最新技術(shù)發(fā)展趨勢、社會需求和創(chuàng)新中心團隊老師的知識結(jié)構(gòu)，經(jīng)多次討論，多媒體創(chuàng)新中心培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的方向分為嵌入式和DSP兩個方面。學(xué)生經(jīng)過四年培訓(xùn)，在嵌入式或DSP平臺上具有較強的動手、科研能力，能承擔(dān)各企業(yè)、科研院所在DSP、嵌入式方面的科研工作。創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)遵循“分階段、分步驟、適當(dāng)超前”的原則?！胺蛛A段、分步驟”的方法將大學(xué)四年分為基礎(chǔ)訓(xùn)練階段（大一、大二、大三）和綜合訓(xùn)練階段（大四）；“適當(dāng)超前”就是在培養(yǎng)的各個階段，通過講座、自學(xué)，將課堂教學(xué)的內(nèi)容提前掌握，盡早進入實際課題的研究工作。針對每個不同的培養(yǎng)階段，制定不同的培養(yǎng)目標(biāo)。每個階段以學(xué)生制作的作品為考核內(nèi)容。為此，創(chuàng)新中心設(shè)計了四組作品，每個作品由中心老師、學(xué)生制作完整的技術(shù)方案、元器件的選型、技術(shù)指標(biāo)以及考核方法，由學(xué)生組成團隊或個人完成。

1.基礎(chǔ)訓(xùn)練階段。經(jīng)過大一到大三三年基礎(chǔ)訓(xùn)練階段的培養(yǎng)，重點掌握扎實的專業(yè)理論知識，提高實際動手能力。根據(jù)基礎(chǔ)訓(xùn)練階段的特點，將三年分為三個階段，每個階段制定不同的要求、任務(wù)，在課堂學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)新的知識，參與一些課題的訓(xùn)練。（1）大一階段。大一是學(xué)生從高中階段到大學(xué)階段轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時期，學(xué)生的自學(xué)及科研的習(xí)慣、初步動手能力及興趣的培養(yǎng)是重點。C語言是嵌入式和DSP兩個平臺開發(fā)的基礎(chǔ)，是信號處理的基礎(chǔ)。通過課堂教學(xué)和強化訓(xùn)練，使學(xué)生熟練掌握C語言。單片機的開發(fā)相對嵌入式和DSP兩個平臺入門簡單，從單片機的小產(chǎn)品入手，培養(yǎng)大一學(xué)生的動手能力與興趣，學(xué)會Proteus、Keil仿真平臺的使用，養(yǎng)成在開發(fā)前期使用仿真平臺的習(xí)慣。大一的目標(biāo)：在掌握以上基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，大一期間完成會議電子名片或自行車碼表的制作，具有一定的動手能力。（2）大二階段。經(jīng)過一年的培養(yǎng)，學(xué)生具有一定的動手能力，了解了電子信息工程專業(yè)的發(fā)展方向，明確了電子信息工程專業(yè)學(xué)習(xí)目的。在此基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)Matlab軟件（重點Simulink在信號處理中的應(yīng)用），通過課堂學(xué)習(xí)、內(nèi)部培訓(xùn)及視頻教材，熟練掌握信號與系統(tǒng)、濾波器設(shè)計、數(shù)字信號處理等理論知識。大二的目標(biāo)：在掌握以上基礎(chǔ)知識的前提下，完成基于51單片機的DTMF信號生成及檢測、語音信號的A/D、D/A系統(tǒng)設(shè)計。（3）大三階段。按照學(xué)生的選擇，培養(yǎng)方向分為嵌入式及DSP平臺兩個平臺進行專業(yè)訓(xùn)練。嵌入式方向的同學(xué)學(xué)習(xí)Linux操作系統(tǒng)，掌握ARM系列芯片的硬件原理，針對具體應(yīng)用，掌握3～4個協(xié)議棧的使用，學(xué)會裁剪操作系統(tǒng)。DSP方向重點以TI公司DSP芯片為開發(fā)平臺，熟練掌握CCS軟件的使用和定時器、串口、存儲器的擴展、HPI接口的基本知識。結(jié)合數(shù)字信號處理、高頻電子線路、通信原理、嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用、DSP原理及應(yīng)用的課堂學(xué)習(xí)及實驗，學(xué)生掌握了電子信息工程專業(yè)大部分知識，大三的目標(biāo)：在掌握以上知識的前提下，完成基于嵌入式（ARM）/DSP的DTMF信號生成與檢測、新型電視傳輸系統(tǒng)兩個研究課題。

2.綜合訓(xùn)練階段。學(xué)生經(jīng)過前三年的訓(xùn)練，具有較強的動手能力和扎實的基礎(chǔ)知識。大四階段是出成果的關(guān)鍵一年，創(chuàng)新中心的領(lǐng)域是多媒體通信的研究，結(jié)合中心的研究領(lǐng)域及市場的需求，重點研究語音編解碼、語音識別、語音合成、語音增強方面的課題。根據(jù)課題的具體要求，學(xué)生可以選擇性地在自適應(yīng)濾波器、現(xiàn)代信號處理等理論方面進一步學(xué)習(xí)，以更好地完成綜合訓(xùn)練階段的訓(xùn)練。綜合訓(xùn)練階段的目標(biāo)根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)訓(xùn)練階段所學(xué)知識和動手能力的情況，設(shè)計了以下課題：強噪聲環(huán)境下的通信系統(tǒng)、麥克風(fēng)陣列語音增強系列產(chǎn)品的開發(fā)等，這些課題在ARM、DSP平臺上的實現(xiàn)。

五、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)團隊

以上各階段目標(biāo)的實現(xiàn)需要一個具有很強戰(zhàn)斗力、責(zé)任心和愛心的團隊來執(zhí)行。經(jīng)過一段時間的運行多媒體通信創(chuàng)新中心通過以下措施來實現(xiàn)以上目標(biāo)：

1.每周四下午例行的技術(shù)講座，主講人以本中心的老師、學(xué)生為主，適當(dāng)?shù)臅r候請一些專家來進行相關(guān)領(lǐng)域的前沿技術(shù)講座，擴大老師、學(xué)生的知識面。

2.“以老帶新、以點帶面”，部分同學(xué)經(jīng)過較長時間的培養(yǎng)，具有一定的實踐經(jīng)驗，由他們指導(dǎo)剛進入中心的新生，培養(yǎng)了大家的團隊意識。

3.針對不同階段、不同基礎(chǔ)的學(xué)生，中心制訂了電子信息工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃。講座、自學(xué)、課堂學(xué)習(xí)幾個方面來擴大大家的知識面，不同階段不同的課題培養(yǎng)大家的動手能力和專業(yè)技能，通過大四的綜合訓(xùn)練階段提升大家的全面能力，達到創(chuàng)新人才培養(yǎng)的最終目標(biāo)。

4.創(chuàng)新中心的運行需要一定的運行費用，需要對市場和技術(shù)具有敏銳的洞察力，通過校企合作的方式，將學(xué)校的技術(shù)優(yōu)勢與公司的市場優(yōu)勢有機結(jié)合，是一種切實可行的途徑。

六、成果

在指導(dǎo)老師及廣大同學(xué)共同努力下，在語音信號處理、圖像信號處理等方面能夠取得一定的成績。產(chǎn)品能應(yīng)用于市場；在學(xué)生中的影響面能借由創(chuàng)新中心的學(xué)生帶入各個班級。

1.系列拾音器的開發(fā)：正在開發(fā)的兩款數(shù)字拾音器，原理樣機已經(jīng)研制完畢。此數(shù)字拾音器采用了麥克風(fēng)陣列、盲源分離、回聲抵消等多種語言增強技術(shù)，實際效果比較理想。利用這些技術(shù)，還準(zhǔn)備研制多媒體教室的話筒，取代目前的模擬話筒。

2.會議電子名片：正在開發(fā)會議電子名片，系統(tǒng)通過計算機向會議電子名片系統(tǒng)發(fā)送需要顯示的名字等內(nèi)容，具有較好的市場前景。

3.全網(wǎng)絡(luò)樓宇對講系統(tǒng)：正在開發(fā)的基于CORTEX M4的全網(wǎng)絡(luò)樓宇對講系統(tǒng)中使用了拾音器方面的關(guān)鍵技術(shù)，單元機及戶內(nèi)機之間語音、圖像信號的傳輸全部通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。目前國內(nèi)這方面的產(chǎn)品較少，市場前景廣闊。

4.學(xué)生中的正面影響：值得一提的是電院大二、理學(xué)院大二兩位同學(xué)，自進入大學(xué)開始，一直在創(chuàng)新中心老師指導(dǎo)下學(xué)習(xí)，和其他同學(xué)相比，他們的動手能力強、知識面寬，專業(yè)知識基本上學(xué)到了大三下學(xué)期的課程。在他們的帶領(lǐng)下，各個班級的電子產(chǎn)品小制作活動廣泛開展起來了。

七、后語

我們通過建設(shè)貫通式課程體系、搭建立體化創(chuàng)新實踐平臺，從個性、知識、能力三方面進行針對性培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生明確目標(biāo)，不斷獲得克服困難、解決問題的成功體驗，形成目標(biāo)+持續(xù)成就感的正向反饋與良性循環(huán)，最終實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

我們嘗試最大限度拓展學(xué)生實踐投入時間、鍛煉學(xué)生實踐能力?？蒲袆?chuàng)新效果明顯，科研項目數(shù)及參與人次逐年遞增。學(xué)生參與發(fā)表科研論文、申請專利。畢業(yè)生知識面廣，知識掌握深，動手能力強，綜合能力高，進入社會發(fā)展?jié)摿Υ蟆?/p>

在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程中，深感責(zé)任重大，“沒有教不好的學(xué)生”是我們最大的感受，看到同學(xué)們一天一天地成長，我們備感欣慰。創(chuàng)新中心通過企業(yè)出項目、教師重引導(dǎo)的方式，激發(fā)、培養(yǎng)和發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研互相轉(zhuǎn)化。這些活動的開展，拓展了老師的視野，提高了學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，推動了企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)；同時，有利于探討校企合作下的大學(xué)生創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，為實現(xiàn)從大學(xué)生到工程師快捷培養(yǎng)提供了一條有效途徑。

參考文獻：

[1]王定華.走進美國教育[M].北京：人民教育出版社，2004.