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摘要：C2000 LaunchPad是TI公司专门面向初学者打造的“快速启动”式开发板，具有体积小、硬件资源丰富、软件配套完善等优点。通过将C2000 LaunchPad引入到DSP技术及应用课程教学中，可使课程的理论教学环节获得良好的演示教具及对比教学素材；同时，C2000 LaunchPad可在实践教学中作为专用实验箱的重要补充，并能作为核心板方便地应用到设计性实验、学生科技竞赛中。总之，C2000 LaunchPad与DSP技术及应用课程具有良好的相关性，能较好地提升学生兴趣、发挥学生创意，从而丰富课程内涵、增强课程创新性、促进理论教学与实践教学的融合发展。
关键词：DSP技术及应用；C2000 LaunchPad；设计性实验
本文引用格式：黄和悦，等.C2000 LaunchPad在DSP技术及应用课程教学中的应用[J].教育现代化,2020,7(52):16-19.
Application of C2000 LaunchPad in"DSP Technology and Application"Curriculum
HUANG He-yue,LIU Zheng
(School of Electronic Information and Automation of Guilin University of Aerospace Technology,Guilin Guangxi)
Abstract:C2000 launchpad is a"quick start"development board specially designed for beginners by TI company.It has the advantages of small size,rich hardware resources and complete software supporting.By introducing C2000 launchpad into the teaching of DSP technology and application course,the theoretical teaching link of the course can obtain good demonstration teaching aids and comparative teaching materials;at the same time,C2000 launchpad can be used as an important supplement of special experimental box in practical teaching,and as the core board,it can be easily applied to design experiments and student science and technology competitions.In a word,C2000 launchpad has a good correlation with DSP technology and application courses,which can better promote students'interest and creativity,so as to enrich the connotation of courses,enhance the innovation of courses,and promote the integration of theoretical teaching and practical teaching.
Key words:DSP technology and application;C2000 LaunchPad;Design experiments
一 引言
DSP(Digital signal processor，数字信号处理器)是有别于ARM和单片机的一类重要处理器，能高效率的进行各类复杂计算，在数字信号处理、图像识别、通信编解码、高精度电机控制、光伏逆变等方面均有广泛的应用。近年来，随着半导体技术的不断进步，DSP芯片的制作成本不断下降，运算性能不断提升，在很多人工智能应用领域，如语音识别、图像车牌检测、手写体识别等，在搭建硬件装置时都把DSP作为首选，社会对掌握DSP相关知识的专业人才呈现高需求，DSP技术成为电子信息类专业技术人员必须掌握的基础理论和基本技能之一[1-3]。
“DSP技术及应用”课程是通信工程、电子信息工程、电气工程及其自动化等专业常见的课程，其内容既涵盖了数字信号处理器相关硬件知识，又与图像处理、电机控制、通信算法等紧密相关，通常在大三或大四开设，是一门重要的专业课，也是一门多学科交叉、学习难度较大的课程，对于学生进一步提升实践能力、了解专业前沿动态有着重要的意义，其教学质量的优劣将会影响到高校学生的实践能力、创新能力以及对后续课程的学习能力[4]。然而，由于其牵涉知识点多，内容复杂、技术含量较高，在教学中普遍存在着教师难教、学生难学的困境[5]。另一方面，为使得用户尽可能方便快捷地使用DSP，全球DSP芯片市场份额最大的TI(德州仪器)公司推出了C2000系列LaunchPad(发射板、快速启动板)，这些LaunchPad具有体积小、重量轻、芯片型号新等优势，也有比较完善的软件支持，非常适合学生用作快速上手工具。因此，如何将这一强大的新工具与DSP技术及应用课程教学相结合，并利用C2000 LaunchPad提升学生对DSP课程的兴趣、优化DSP课程内容设置、丰富DSP课程内涵，是一个非常值得探讨的问题。
二“DSP技术及应用”课程教学中存在的问题
(一) 编程教学中使用的软件较为陈旧
DSP技术及应用课程有部分内容是关于DSP芯片的各种外设及其使用，例如GPIO、EDMA、EMIF、PCI、HPI、VCXO、TIMER等，对这些外设的熟练运用是后期使用DSP芯片进行工程设计的基础。而想要熟练地掌握这些外设，最好的方法是自己动手编程，并在实际调试中加强领悟。因此，编程软件的易用性和智能程度对学生能否顺利掌握DSP的软件编程有着比较重要的影响。然而，目前DSP课程的编程教学中使用的主流软件仍然是CCS3.3，此版本已经发布较久，风格上与当下扁平化、清新化的审美趋势有一定的距离。更重要的是，此软件对于工程文件管理、代码自动补全等功能支持的也不是很完善，一定程度上影响了学生对DSP芯片的掌握速度。
(二) 实验教学设备复杂，不利开展创新性、设计性实验
DSP技术在通信、图像处理等方面有着广泛的应用，DSP实验设备也常与这些领域结合，因此，DSP课程的实验教学设备往往比较复杂和庞大，一般以实验箱的形式存在。以桂林航天工业学院电子信息工程专业为例，DSP课程实验箱包含矩阵键盘、RJ45网络接口、RS232接口、RS485接口、MSP430辅助子板、液晶屏幕、摄像头、电话等众多的外设，这使得DSP实验箱有些过于庞大和昂贵，难以胜任快速的、轻量化的开发工作。当学生想要利用实验箱/实验板做一些创新性实验，或者课程设计、创新项目的时候，DSP实验箱/实验板往往难以发挥作用。
(三) 缺乏课外教学资源
当前是一个互联网的时代，各类网络论坛的技术讨论、资源共享对于课程教学有较好的促进作用，例如，51单片机在网络上有着众多的学习资源，这使得学生可以方便地进行自主学习，并在网络论坛问答等互动环节中进一步培养学习的兴趣。然而，网络上可以用于DSP课程教学的资源相对较少。究其原因，一方面是因为DSP本身技术难度较高，有一定的学习门槛；另一方面，网络社区通常倾向于讨论较新的、使用比较广泛的软硬件，而传统的DSP课程教学中较少有这样统一的，比较新的软硬件。
三 C2000 LaunchPad的优点
(一) 体积小巧，拓展性强
C2000系列LaunchPad有LAUNCHXL-F28027F、LAUNCHXL-F28069M、LAUNCHXL-F28379D等多种型号，但都坚持快速上手，方便使用的理念，因此体积均控制得较好。其中尺寸最小的LAUNCHXL-F28027F仅有50mm×67mm大小，其余型号也都能比较轻松地放在手掌中。小巧的体积使得C2000 LaunchPad更加容易携带和演示，也能比较方便地作为核心板嵌入到自己的设计中。
(二) 硬件资源丰富
C2000 LaunchPad搭载的通常是比较新且具有代表性的DSP芯片，硬件资源丰富，与DSP课程所要求掌握的知识具有良好的相关性。教学常用DSP芯片与C2000 LaunchPad搭载芯片硬件资源对比如表1。
由此可见，C2000 LaunchPad搭载的硬件资源是比较强大的，与常用于教学的TMS320F28335相比可做到完全覆盖。而与TMS320DM642相比，则少了PCI、HPI、VCXO等外设资源，多了用于机电控制的PWM、ADC。总体上，C2000 LaunchPad的硬件资源能较好地满足教学需求。
(三) 自带仿真器，容易调试
仿真器能精确地看到程序运行的步骤以及芯片内部寄存器的变化，是调试各类芯片的利器。在DSP课程的实验教学中，DSP实验箱通常会配备专门的仿真器，但往往存在体积较大，使用不便等问题。例如，使用传统DSP实验箱进行仿真调试，硬件层面首先需要连接实验箱电源线，其次需要将仿真器连接到PC并安装驱动软件，然后将仿真器的JTAG接口连接到DSP板卡的调试口；软件层面，如使用的是CCS5.0以下软件，还需先进行板卡设置，然后编译出.out文件，最后找到此文件下载，整个过程比较繁琐。
而C2000 LaunchPad则集成了XDS100v2 JTAG仿真器，硬件上只需要一根USB线即可顺利连接电脑与DSP芯片；[6]软件上，C2000 LaunchPad配套的CCS5.0软件只需点击debug按钮，即可完成从编译到下载的整个过程。
(四) 软件配套完善，网络资源多
C2000 LaunchPad作为TI力推的入门级开发板，有着完善的软件支持。所有型号的C2000 LaunchPad均能免费使用最新的CCS开发软件，且有配套的C语言程序范例、C2000Ware软件库、controlSUITE软件库等作为入门引导。
另一方面，由于C2000 LaunchPad出货量较大，并曾在电子设计竞赛中作为指定核心板，网络论坛中也有较多的相关教程和讨论。
四 C2000 LaunchPad在教学中的应用
(一) 理论教学中的应用
(1)良好的演示教具
DSP技术及应用是一门与工程实践紧密结合的课程，学生想要真正深入的掌握相关知识，必须经历理论学习-编程实践-仿真调试的过程，如图1。
仿真观察能够直观地看到程序的运行过程，且能验证自己编写的算法，在整个学习流程中起着非常重要的作用，也是工程调试的重要手段。在理论教学环节中如能适当增加仿真演示，对于学生尽快理解DSP相关知识是很有帮助的。例如，在讲解中断的时候，通过在课堂上运行CCS软件，可以清晰地看到程序进入中断的过程、中断的处理函数等；又如，当讲解到寄存器的时候，通过仿真器可以清晰地读取到寄存器的结构、地址及里面的数据，这可以有效拉近书本知识和实际硬件的距离。然而，现有教学体系中，由于DSP实验设备体积大，不便携带，操作复杂，较难做到这一点。而C2000 LaunchPad具有体积小，软件新，易操作的特点，刚好可以在课堂教学中方便地展示仿真过程和程序运行结果，从而提升学生学习兴趣，丰富课堂内涵。
(2)对比教学的素材
C2000 LaunchPad使用的DSP芯片较新，如LAUNC日HXL-F28379D中使用的TMS320F28379D就是C2000系列DSP中的最新主打型号；而C2000 LaunchPad配套的CCS软件版本通常也在CCS5.0以上。因此，在理论教学中，可将这些芯片与教材上常见的TMS320F28335、TMS320DM642进行对比，分析功能模块的区别和联系，以及芯片架构、配套开发软件功能的演进等。如此可进一步明晰知识体系，拓宽学生视野，同时增强知识的时效性。
另外，对于使用C6000系列DSP作为主要教学芯片的课程，因C6000系列DSP体系结构复杂、配置方法繁琐，往往出现学生难入门的问题。此时可将C2000 LaunchPad作为过渡性知识进行介绍和讲解，从而有效降低入门难度，保持学生兴趣。例如，CMD文件与DSP的内存分配有关，是DSP课程的重要知识点。C6000系列DSP通常需扩展外部存储器，且一般运行操作系统，因此其CMD文件写法复杂，难以掌握；而LAUNCHXL-F28027F使用的TMS320F28027F芯片则只需简单配置片上ram和Flash就能运行，内存分配方式与学生熟悉的51、STM32等单片机类似。当讲解CMD文件相关章节时，可先使用LAUNCHXL-F28027F进行课程的导入，然后逐渐引导学生循序渐进地学习更复杂的C6000系列DSP相关知识。
(二) 实践教学中的应用
(1)验证性实验的拓展和补充
实验教学是DSP技术及应用课程的重要组成部分，DSP课程的验证性实验通常包含各种外设的使用、基本滤波算法的实现等。C2000 LaunchPad软件资源较多较新，可作为验证性实验的补充和拓展。例如，当选择C6000系列教材的时候，实验教学中不包含PWM、ADC等实验内容，而这其实也是DSP的重要应用方向，C2000 LaunchPad的相关配套软件中对这两个外设有丰富的应用，可作为原本的课程体系的补充。
(2)设计性实验的有力支撑
设计性实验通常指学生综合运用所学知识，自主选择或设计课题并完成相关作品的实验，对于培养具有创新创业精神的人才具有重要的意义，其重点在于充分理解知识后的拓展和发挥。因此，学生在设计性实验中提出的设计方案具有应用方向多样、设计思路易受当前流行方案影响等特点。DSP技术及应用课程的设计性实验往往较难开展，一方面因为常见的实验箱比较庞大，难以携带，另一方面实验箱的软件相对陈旧，与目前流行的敏捷开发、充分利用原厂程序库的理念有一定距离。而C2000 LaunchPad本就是主打快速开发的，在这方面非常有优势。以直流电机调速装置课题为例，C2000 LaunchPad自带的C2000Ware软件库、controlSUITE软件库中均有与此相关的内容；而TI官网、网络论坛等也能搜到较多与此相关的知识；具体动手制作过程中，C2000 LaunchPad可作为核心板，搭配上电机驱动芯片即可进行简单的调试，且因为便携性好，学生在下课后仍可继续进行程序调试，进一步提高了学习效率，拓展了课堂空间。
(3)各类竞赛的核心板
C2000 LaunchPad具有较高的性能，例如LAUNCHXL-F28027F主频可到60Mhz，具有两个16位硬件乘法器，同时支持高分辨率PWM波[7]；而LAUNCHXL-F28379D主频高达200Mhz，且有2个CPU和2个协处理器[8]。这样的配置足够在大部分的大学生竞赛作品中作为主处理器使用，且由于便携性好，自带仿真器，能给调试带来不少方便。
五 结语
DSP技术及应用课程是通信工程、电子信息工程、电气工程及其自动化等学科重要的专业课，本课程内容复杂，牵涉的知识面广且要求一定的动手能力，在教学实践中常有教师难教学、学生难掌握的问题。本文从分析现有课程体系存在的教学软件陈旧、实验设备过于复杂等问题出发，介绍了C2000系列LaunchPad在硬件资源、软件开发体系等方面的优势，并总结了将C2000 LaunchPad应用到理论教学和实践教学中的具体方法，包括在理论教学中作为演示教具、对比教学素材及在实践教学中作为验证性实验的拓展和补充、设计性实验的有力支撑、各类竞赛的核心板等。C2000 LaunchPad的使用能有效激发学生兴趣，增强课程创新性，拓展课堂内涵和外延，为学生真正深入掌握DSP知识打下坚实的基础。
参考文献
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[2]孙成立,王希敏.基于语音识别技术的项目式教学法在DSP技术课程教学中的应用[J].西部素质教育,2019(11):1-3.
[3]李瑶,胡学友.应用型人才培养模式下《DSP技术》实验教学研究和改进[J].教育教学论坛,2019(26):278-280.
[4]吴冬梅,张玉杰.DSP技术及应用[M].北京:北京大学出版社,2006.
[5]唐文来,邱鑫.《DSP技术及应用》课程的教学改革探讨[J].科技视界,2019(33):130-131.
[6]德州仪器.LAUNCHXL-F28027 C2000 Piccolo LaunchPad Experimenter Kit[OL].http://www.ti.com/cn/lit/ug/spruhh2c/spruhh2c.pdf,2019-3.
[7]德州仪器.TMS320F2802x Piccolo微控制器[OL].http://www.ti.com/cn/lit/ds/symlink/tms320f28027.pdf,2019-1.
[8]德州仪器.TMS320F2837xD双核Delfino微控制器[OL].http://www.ti.com/cn/lit/ds/symlink/tms320f28379d.pdf,2018-11.
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