便攜式數(shù)字信號(hào)處理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)初探

孫偉峰

摘 要：利用便攜式的信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)課程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立，將數(shù)字信號(hào)等功能進(jìn)行更好的利用，可以通過平臺(tái)的建立制定更加便捷的數(shù)字處理方法，將數(shù)字信號(hào)之間進(jìn)行更好的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)整體的頻譜分析，增加信號(hào)處理的效率。通過這種技術(shù)的使用，可以將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的更加科學(xué)完善，從而增加實(shí)驗(yàn)課程的直觀性，提升實(shí)驗(yàn)課程的效果。本文主要針對(duì)便攜式數(shù)字信號(hào)處理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，進(jìn)一步對(duì)平臺(tái)的設(shè)計(jì)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(hào)處理課程；實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)；設(shè)計(jì)分析

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，社會(huì)發(fā)生重大的轉(zhuǎn)變，在工作和生活中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍逐步的擴(kuò)大，數(shù)字信號(hào)處理等課程逐步興起。但是在數(shù)字信號(hào)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(shí)驗(yàn)課程作為課堂教學(xué)的補(bǔ)充，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)也是非常關(guān)鍵的，是對(duì)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(guó)大部分的信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立，體積較大、成本也較高，實(shí)驗(yàn)課程需要花費(fèi)的代價(jià)過大，因此需要發(fā)展便攜式數(shù)字信號(hào)處理課程，建立更加有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。

1 便攜式數(shù)字信號(hào)處理課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

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

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)信號(hào)的模擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握真實(shí)的信號(hào)工作狀況，為數(shù)字信號(hào)處理算法提供必要的處理對(duì)象；將較為抽象的知識(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將抽象知識(shí)和具體知識(shí)相結(jié)合。

2 便攜式數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)課程硬件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的過程中，需要關(guān)注實(shí)際的硬件指標(biāo)，硬件結(jié)構(gòu)如圖所示，平臺(tái)主要由以下三個(gè)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(hào)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(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)注，使用語(yǔ)音解碼器等各個(gè)不同的解碼裝置，對(duì)信號(hào)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(jì)算機(jī)主機(jī)中，對(duì)信號(hào)狀況進(jìn)行分析和存儲(chǔ)，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(shí)驗(yàn)，最終確定最具效果的課程實(shí)驗(yàn)安排。

3 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)

在進(jìn)行系統(tǒng)管理過程中，需要對(duì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)控，對(duì)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(hào)傳輸管理系統(tǒng)，將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行全面的處理。數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)的基礎(chǔ)，需要重視其設(shè)計(jì)和管理，可以將DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、時(shí)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(chǔ)系統(tǒng)等進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)整體的管理和控制。

4 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上設(shè)計(jì)

（一）數(shù)據(jù)處理平臺(tái)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程中主要使C語(yǔ)言對(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)的類別，然后根據(jù)實(shí)際的需要調(diào)動(dòng)主要的程序，執(zhí)行相應(yīng)的子程序，最后將實(shí)驗(yàn)的結(jié)果傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，并通過信號(hào)或者語(yǔ)音模塊進(jìn)行結(jié)果的輸出。在整個(gè)過程中信號(hào)處理完善，并且處理的結(jié)果更加直觀，可以對(duì)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況提供必要的幫助。

（二）上機(jī)位設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中需要關(guān)注上位機(jī)的設(shè)計(jì)，將實(shí)驗(yàn)界面的控制程序進(jìn)行確定，為用戶提供實(shí)驗(yàn)的必要操作界面，對(duì)后臺(tái)硬件進(jìn)行控制。在進(jìn)行上機(jī)位的設(shè)計(jì)中，根據(jù)實(shí)際需要功能進(jìn)行劃分，實(shí)驗(yàn)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(chǔ)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(shí)際情況進(jìn)行選擇，設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，然后將上位機(jī)進(jìn)行控制，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果傳輸?shù)街鹘缑嫔希鎯?chǔ)到相應(yīng)的文件中，然后進(jìn)行全面的展示。

5 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)試

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的測(cè)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(gè)電路板模版是否可以正常運(yùn)行，各個(gè)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(duì)照這些方面的測(cè)試，檢查實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是否達(dá)到教學(xué)的效果，從而實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證數(shù)字信號(hào)處理的目的。對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試是保證平臺(tái)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(shí)現(xiàn)整體管理的有效性，為整體教學(xué)平臺(tái)的使用提供必要的前提條件。

6 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)主要是為了將數(shù)字信號(hào)處理課程進(jìn)行具體化的處理，對(duì)現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)平臺(tái)體積較大的狀況進(jìn)行革新，學(xué)生可以針對(duì)自己的學(xué)習(xí)狀況便攜的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行使用，解決實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)受到束縛的狀況，使得操作更加便捷，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也更加直觀。通過便攜式數(shù)學(xué)信號(hào)處理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量得到明顯的提升，學(xué)生對(duì)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(shí)驗(yàn)效果，對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行全面的補(bǔ)充。

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