中南大学《数字信号处理》课程设计报告（共13篇）（共13篇）
1.中南大学《数字信号处理》课程设计报告 篇一
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数字图像处理实验报告
专 业：计算机科学技术 学 号：11101110 姓 名：马艳松 提交日期：2014.6.5
实验一 数字图像的读入与显示
一．实验目的：
1.熟悉opencv的开发环境设置
2.读取一幅图像，并显示，掌握Imread, imwrite,imshow的使用
3.掌握opencv中图像的表示，及其属性的含义。二．实验内容： 配置好visualstudio2010下opnecv开发环境
使用opencv的函数读入一幅图像，并在窗口中显示出来。
三．实验步骤： #include “stdafx.h” #include
cvNamedWindow(“test”);
imshow(“test”,inputImage);
waitKey();} else
{
cout<<“file open error!”;
getchar();} }
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){ test1();return 0;}
四．实验心得:通过上课实验理解了opencv的配置过程。通过程序实现了图片的成象处理。
实验二 数字图像像素的访问
一．实验目的： 掌握opencv开发环境中对灰度图像及彩色图像中的像素的访问方法
理解mat数据结构
掌握opencv中对图像进行处理的基本过程。二．实验内容：（1）打开一幅灰度图像，对其进行线性灰度变换（直线方程的参数为k, b），并显示变换前、后的图像。；调整K值，分别取>1, <1, =1, 以及-1，比较不同K值时的图像增强效果。
（2）打开一幅彩色图像，对每个像素进行访问，分别令R、G、B的值为0，查看处理后的图像，并比较原图像的差异。
重点和难点： 掌握灰度图像和彩色图像的像素的值的访问方法。三．实验步骤： 1r)实验代码
void image1Pixel(){
double durationa,durationb,durationc;double cacStart,cacEnd;
Mat image=imread(“..imagebookbeach.jpg”,1);Mat gray(image.size().height,image.size().width,CV_8UC1,Scalar(0));//gray=0.299R+0.587G+0.114b uchar r,g,b;float fgray;cacStart = static_cast for(int j=0;j { b=image.at g=image.at r=image.at fgray=0.299*r+0.587*g+0.114*b; gray.at } imshow(“",gray); cacEnd = static_cast #include ”stdafx.h“ #include void image1Pixel(){ { Mat inputImage=imread(”..imagebookbeach.jpg“,1);if(!inputImage.empty()){ double durationa,durationb,durationc;double cacStart,cacEnd;Mat image=imread(”..imagebookbeach.jpg“,1);Mat gray(image.size().height,image.size().width,CV_8UC1,Scalar(0));Mat grayGB(image.size().height,image.size().width,CV_8UC3,Scalar(0));Mat grayRB(image.size().height,image.size().width,CV_8UC3,Scalar(0));Mat grayRG(image.size().height,image.size().width,CV_8UC3,Scalar(0));uchar r,g,b;float fgray;cacStart = static_cast for(int j=0;j } imshow(”org“,image);cvNamedWindow(”gray“);imshow(”gray“,gray);waitKey();b=image.at } } cvNamedWindow(”test“);imshow(”test“,inputImage);waitKey();else { } cout<<”file open error!“;getchar();int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){ } image1Pixel();test1();return 0;心得体会：通过本次试验，我了解并大致掌握灰度图像和彩色图像的像素的值的访问方法。由于之前很少练习这方面的内容，试验过程中遇到了一些问题，好在在别人的帮助下和向别人咨询终于了解了这方面知识的大致框架和原理。由此更坚定了我学习下去的信心和动力！ 实验三 图像的平滑 一．实验目的： 掌握opencv开发环境中对灰度图像及彩色图像中的像素的访问方法 掌握opencv中对图像进行处理的基本过程。 掌握均值平滑和中值滤波的基本原理 二．实验内容：（1）打开一幅灰度图像，对图像进行3*3（包括中心点）的邻域平均处理。 （2）对原图进行3*3（包括中心点）的中值滤波处理。 （3）比较原图像与邻域平均的图像、中值滤波后的图像的差异 三．实验步骤: 1)中值滤波处理 for(int i=1;i { for(int j=1;j { int imshow(”中值滤波“,gray); cacEnd = static_cast for(int i=0;i<9;i++) for(int j = 0;j<8;j++) { if(n[j]>n[j+1]) { int temp; temp = n[j+1]; n[j+1] = n[j]; n[j]= temp; } } return n[4];} void test4_4(){ int count[256];//存放各个像素值对应的个数 float hist[256],sumHist[256];uchar grayHist[256];for(int i=0;i<256;i++){ count[i]=0; hist[i]=0;a[9]={gray.at +gray.at gray.at } } } int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){ image1Pixel();//Test3(); //test4_4();return 0;} 2）邻域平均 void image1Pixel()sumHist[i]=0;grayHist[i]=0;} Mat image=imread(”..imagebookbeach.jpg“,0);for(int i=0;i count[data[j]]++;} } for(int i=0;i<256;i++)hist[i]=((float)count[i])/(image.size().height*image.size().width);sumHist[0]=hist[0];for(int i=1;i<256;i++)sumHist[i]=sumHist[i-1]+hist[i];for(int i=0;i<256;i++)grayHist[i]=saturate_cast grayData[j]=grayHist[data[j]];} } cvNamedWindow(”tset“);imshow(”org“,image);cvNamedWindow(”hist“);imshow(”hist“,gray);waitKey();{ double durationa,durationb,durationc;double cacStart,cacEnd; Mat image=imread(”..imagebookbeach.jpg“,1);Mat gray(image.size().height,image.size().width,CV_8UC1,Scalar(0));//gray=0.299R+0.587G+0.114b uchar r,g,b;float fgray;cacStart = static_cast for(int j=0;j { b=image.at g=image.at r=image.at fgray=0.299*r+0.587*g+0.114*b; gray.at } imshow(”“,gray); cacEnd = static_cast void Test3(){ int GetMidNum(int n[]);double durationa,durationb,durationc;double cacStart,cacEnd; Mat image=imread(”..imagebookbeach.jpg“,1);Mat gray(image.size().height,image.size().width,CV_8UC1,Scalar(0));Mat grayGB(image.size().height,image.size().width,CV_8UC3,Scalar(0));Mat grayRB(image.size().height,image.size().width,CV_8UC3,Scalar(0));Mat grayRG(image.size().height,image.size().width,CV_8UC3,Scalar(0));//gray=0.299R+0.587G+0.114b uchar r,g,b;float fgray;cacStart = static_cast for(int i=0;i b=image.at g=image.at r=image.at } 实验心得：通过这次试验，我明白了，平滑技术用于平滑图像的噪声，平滑噪声可以在空间域中进行，基本方法是求像素灰度的平均值或中值。但是这些很容易引起边缘的模糊，常用的有均值滤波、中值滤波，在使用时，针对不同的噪声，也需要不同的滤波法，没有哪种方法是绝对好，必须具体情况具体分析。最后比较三种平滑效果，八点平滑最好，说明对高斯噪声平滑滤波效果较好。中值滤波基本把椒盐噪声都滤去了，说明中值滤波对椒盐噪声平滑效果比高斯噪声好。 fgray=0.299*r+0.587*g+0.114*b; gray.at for(int j=1;j { gray.at gray.at +gray.at } imshow(”邻域平均“,gray);实验四 图像的直方图均衡化 一．实验目的： 掌握直方图均衡化的基本步骤及实现方法 掌握opencv中对图像进行处理的基本过程。 二．实验内容：（1）打开一幅灰度图像，对图像进行直方图均衡化处理。 （2）比较原图像与均衡化的图像的差异。 （3）要求自己按照课本介绍的均衡化的步骤在opencv下实现直方图均衡化处理。 三．实验步骤:void test1(){ Mat inputImage=imread(”..imagebookbeach.jpg“,1); if(!inputImage.empty()){ cvNamedWindow(”test“); imshow(”test“,inputImage); waitKey();} else { cout<<”file open error!“; getchar();} } void test4(){ int count[256];float hist[256],sumHist[256];uchar grayHist[256]; for(int i=0;i<256;i++){ count[i]=0; hist[i]=0; sumHist[i]=0; grayHist[i]=0;} Mat image=imread(”..imagebookbeach.jpg“,0); for(int i=0;i uchar* data=image.ptr for(int j=0;j { count[data[j]]++; } } for(int i=0;i<256;i++) hist[i]=((float)count[i])/(image.size().height*image.size().width);sumHist[0]=hist[0];for(int i=1;i<256;i++) sumHist[i]=sumHist[i-1]+hist[i];for(int i=0;i<256;i++) grayHist[i]=saturate_cast Mat gray(image.size().height,image.size().width,CV_8UC1,Scalar(0)); for(int i=0;i uchar* data=image.ptr uchar* grayData=gray.ptr for(int j=0;j { grayData[j]=grayHist[data[j]]; } } cvNamedWindow(”org“); imshow(”org“,image); cvNamedWindow(”hist“); imshow(”hist",gray); waitKey(); } int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){ //test1();test4();return 0;} 四．实验心得：通过这次的实验，我明白了直方图均衡化处理的“中心思想”是把原始图像的灰度直方图从比较集中的某个灰度区间变成在全部灰度范围内的均匀分布。直方图均衡化就是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同。直方图均衡化就是把给定图像的直方图分布改变成“均匀”分布直方图分布。 一、课程改革目标 课程改革的目标是形成与课程内容紧密结合的团队学习教学模式方案, 改变学生的学习态度, 激发学生学习的主动性, 培养激发学生的创新思维与能力, 提高学生分析及解决问题的能力和综合素质及团队合作意识与能力, 加深学生的理论基础, 锻炼学生的实践能力和适应社会发展的综合应用能力[10,11,12]。 二、数字信号处理课程设计教学过程现状 本校学生在学习数字信号处理课程设计这门课程之前, 尚未真正接触到信号处理的工程应用, 没有对于信号处理与应用主要知识的直接和深入的切身体会。当面对综合性、应用性问题时, 学生仅凭个人的努力很难解决, 这就使得现有的课程设计教学模式影响了培养质量, 具体表现在如下几个方面。 (一) 在学生自身的综合设计能力方面 学生进行综合设计的能力较弱, 对实际的信号处理问题的感性认识也较少, 缺乏解决实际信号处理问题的能力。在以往的课程设计过程中, 通常是以单个人的形式开展, 在缺乏团队合作精神和团队学习能力的情况下, 学生不能综合运用所学知识来分析和解决实际问题, 不利于学生综合设计能力的培养和创新能力的提高。 (二) 在课程设计方式的组织和激发学生学习的主动性方面 教学中教师以内容为中心进行课程设计指导, 重视教学内容的传授, 教师主导整个课程设计过程的安排与设计, 这样不能充分调动学生学习的自觉性和主动性。学生被动地参与整个教学过程, 往往会感觉理论脱离实际, 遇到具体的问题不能利用所学知识去解决。 (三) 在学生综合能力的培养方面 课程设计中, 主要重视对学生个人能力的培养和训练, 学生团队意识淡薄, 参与项目团队的协同开发能力较弱, 主动与团队成员沟通的意识或能力较差。 信号处理技术日新月异, 学生个体对知识的认识广度及深度是有限的, 需要构建学习团队, 提高对知识的综合分析和提炼能力。 三、数字信号处理课程设计的改革实践 (一) 构建团队学习的教学模式方案 我们设计了符合本校学生自身特点的、实施和开展团队学习模式的有效方式, 做到因材施教。指导教师在制定设计目标时, 准确、灵活地把握相应职责与定位, 将科研成果纳入课程设计之中, 明确定义分层任务和评价标准, 观察学生在团队设计中的活动表现, 发现学生在专业知识与团队技巧方面的薄弱环节, 帮助学生提高自学习、自组织的能力及在自我实践中学习知识与技能的技巧, 为学生创造了实践性的教学情境, 有效地引导学生思考并完成各种任务, 培养了学生的团队意识。学生运用所学知识解决问题, 依靠团队的力量和信息资源的支持来完成相应的学习任务, 充分调动和发挥了教师的主导作用和学生的主体作用, 激发了学生内心自主学习的强烈愿望, 学生的能动性、创造性得到了充分发挥, 最大限度地开发了学生的学习潜能, 达到了较好的实施效果。 (二) 优化教学内容, 促进团队学习 指导教师更新了教学理念, 在课程设计内容安排上, 对于许多经典理论的认识进行了补充、修正或加入了新的观点, 反映了当代信息科学的飞速发展前景。教师深入企业完成课题, 清晰了解产业需求, 以科研进展带动教学, 增加了授课信息量, 注重经典理论与现代技术的结合, 使得科研融合成为教学的内容。 教师设计了适宜团队学习的有价值、有创新、有突破、 有梯度的课程设计任务, 将实用性、综合性和多样化作为团队学习课程设计模式的选题原则, 设计任务有趣, 设计内容更加充实, 与实际应用结合更加紧密, 激发了学生的兴趣和团队合作的热情, 使学生及时掌握前沿知识, 成功地实施了课程设计中的团队学习, 并鼓励学生个性化创新设计, 引导学生主动追踪学科的最新进展, 培养了学生的探索精神。 (三) 建立学生自主学习的氛围, 培养学生在团队学习中的责任意识 在团队学习目标中, 确保每位同学都能意识到课程设计所获得的结果是由团队全体成员完成的, 而非仅仅是个别人的成果, 提升团队的总体质量。为保证每个人都对团队有贡献, 我们研究了团队学习中强化学生责任意识的方法和对团队成员贡献的评价方法, 帮助学生适应这种合作学习模式, 帮助学生提升思维能力, 进而提升其创新能力。 总之, 将团队学习教学模式引入数字信号处理课程设计的教学实践探索中, 在课程设计中以社会对信号与信息处理的实际需求形成设计内容, 以科研内容带动课程设计, 以结合工程应用实际的设计任务促进课程设计教学工作, 重视学生的主体参与。学生通过自身的设计活动, 实现对知识的理解和灵活运用, 逐步培养提出问题、研究问题和解决问题的能力, 并在课程设计学习的过程中获得收获和发展, 提高创新能力。 四、效果 我们在本校信息与通信工程学院电子信息工程系的学生中开展数字信号处理课程设计的创新实践, 教师设计了多个分层分工合作的适合团队学习的任务。例如, 在《测速仪设计》任务中, 全面要求学生掌握理论基础和实际应用能力。学生需要通过需求分析, 调研并设计系统的处理带宽, 按技术指标要求确定发射信号形式、载波频偏范围和工程实际应用中的采样频率, 制定信号的滤波方法, 按照实际情况确定测速精度和测量范围, 分析测速精度系统参数的关系, 研究加权对降低滤波器副瓣的影响, 完成基于快速傅里叶变换算法的长序列分段卷积算法的实现和编程, 并在数字信号处理器上实现, 由五人一组组成团队, 完成这一系列任务。通过设计, 学生可以按照需求实现测速仪系统, 很好地完成测速功能和性能指标。 相比传统教学模式, 我们在课程设计理念、学生创新和实践能力培养以及激发学习的自觉性、主动性方面进行了实践, 较好地适应了数字信号处理课程设计课程的特点, 改变了学生被动接受教师传授知识为主的学习方式, 强调培养学生的创新精神和实践能力, 有利于学生对知识的获取, 也有助于激发学生的自主学习和创新能力, 使学生在快乐中学习和发展。 五、结论 通过课程设计实践, 形成了有效的团队学习教学模式方案, 提高了学生的实践能力和创新能力, 激发了学生的学习热情, 扩展了学生的知识视野, 加深了学生对理论知识的理解与掌握, 提高了学生的沟通技巧和团队合作意识。学生能够运用所学的理论知识分析、解决设计中的具体问题, 更好地将所掌握的知识应用到工程实际中, 掌握信息处理的思维方法和信息在传输与处理中的分析思想, 进而提高了培养质量, 取得了很好的成果, 多名学生在大学生电子竞赛中获奖, 更好地满足了学生的就业需求和社会需求。 摘要：本文针对数字信号处理课程设计实践课程, 提出了通过团队学习模式培养应用型人才的方法, 采用团队学习模式的课程设计理念, 培养学生的创新和实践能力, 激发学生学习的自觉性、主动性与参与性, 实现了数字信号处理课程设计理论与实践紧密结合、提高人才培养质量的目的。 [摘 要]针对数字图像处理课程和特点，借助教学辅助系统，对数字图像处理课程的教学方法进行改革。在教学过程中大量使用实例可将抽象的理论融入形象直观的应用当中；强调程序设计并演示算法的实际效果，使复杂的问题可视化，能让学生充分感受到数字图像处理技术的魅力。通过多年的应用，这种方法有效提高了学生的学习兴趣、学习主动性及学生的实践动手能力。 [关键词]教学辅助系统；应用实例；程序设计；数字图像处理 [中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）09-0166-02 一、引言 近年来，数字图像处理技术应用广泛，很多理工类高校都开设了数字图像处理课程，并将其作为信息类专业的一门专业主干课程。但长期以来，数字图像处理本科教学普遍存在着难教难学的问题。其原因有以下几点。1.该课程综合性极强，课程内容繁杂，要求学生具备向量、矩阵、概率、统计、线性系统和计算机编程方面的基础知识，这给学生的学习带来很大的挑战。如果教学方法不当，学生会感到内容非常抽象，逐渐失去学好该门课程的信心。2.大学本科教育已由精英教育转为大众教育，现在的本科生，特别是应用型院校的本科生，普遍存在数学基础薄弱、不习惯理论学习和思考、编程能力较弱的现象，很容易遇难而退。 为了解决数字图像处理难教难学的问题，许多教师对数字图像处理课程进行了各种方法的教学改革。沈晓晶等[1]逐阶段地引导学生建立起完整的数字图像处理知识体系，并通过与课题相关的教学案例、实验和课程设计引导学生运用所学知识解决实际问题。熊立伟等[2]从教学内容、课程资源建设、教学方法、考核方式、师资培养等方面进行了研究与改革，在一定程度上提高了学生的学习热情，增强了他们的动手能力。郑林涛等[3]提出将ImageJ软件作为数字图像处理课程教学演示和实验的工具，既可以用其在理论教学环节展示各种图像处理算法的效果，又可以在实验教学环节中通过编写ImageJ软件的插件让学生真正掌握理解图像处理的理论知识。该软件是以JAVA为基础的。魏晗等[4]注重基础理论和科技前沿的有机结合，在理论中渗透实践，在实践中穿插理论；并采用灵活多样的教学方法和丰富的教学手段，提高了学生的学习兴趣及实践动手能力。史彩娟等[5]通过课程实验环节、科研实践环节、社会实践环节以及师资队伍建设等环节构建了多层次、多模式的实践教学体系，取得了较好的实践教学效果。肖红等[6]提出了基于培养学生计算思维能力的任务驱动教学模式，阐述了该教学模式中的任务设计，任务实施的方法及师生角色的转换，并根据数字图像处理课程的教学实例，验证了该教学模式的可行性。宁纪锋[7]开展研究性课堂教学和实践教学等多个方面的教学改革探索，提高了学生的自主学习能力。 以上教师采用的相关方法在一定程度上都能提高教学质量。我们综合各种方法，根据我们的一些成果[8] [9]，设计并使用了教学辅助系统，辅助数字图像处理的教学，这同样能激发学生的学习兴趣，提高学生的学习能力、动手能力和创新能力。 二、数字图像处理程序设计 （一）程序设计语言的选择 数字图像处理课程教学的教学效果与课程中所选用的教学软件密切相关。目前我国高校在数字图像处理课程中常用软件处理平台基本上有三类：Visual C++，Photoshop，MATLAB。 Photoshop是一个常用的图像处理软件，主要应用在平面设计领域，不需要编写程序，通过自学就能掌握该软件的主要功能。但对于数字图像处理课程而言，它只能作为一个图像处理效果演示的工具，不能作为教学的实验平台。 Matlab软件提供了丰富的现成图像处理函数供用户调用，可以节省用户开发底层函数的时间，提高用户的开发效率。学生在使用图像函数时，能快速完成图像处理的结果，但对图像处理的算法并没有进一步学习与巩固。Matlab软件只适应研究者对图像处理的研究，而不适用于计算机等专业的学生学习。 Visual C++软件没有像Matlab环境下有丰富和成熟图像处理库函数以供调用，所有的底层函数都要开发者自己编写。虽然这会影响用户的开发效率，但学生可以巩固理论知识，深刻理解图像处理方法。这对于计算机专业的学生来说，可以提高他们的编程能力。这种方法要求学生有一定的编程能力。 对于计算机类专业的学生来说，目前我们认为选用Visual C++软件（其他Visual软件都可以）作为图像处理课程教学软件最合适。重点是学生必须从底层自己编写代码，这样才能真正理解数字图像处理的各种方法与算法步骤。如果学生只是停留在理解理论公式上，会形成暂短的记忆和大致了解，很容易忘记。 （二）程序设计教学内容 数字图像处理程序设计教学应选择的是教学的重点内容而且程序代码不长。这样才能在课堂上讲解清楚，学生也易掌握。教学内容主要包括图像文件的读取、彩色图像转灰度图像、灰度变换、灰度图像的直方图均衡化、图像空间平滑与锐化滤波处理、灰度水平垂直积分与微分投影、图像几何变换、二值图像的腐蚀与膨胀、二值图像的边界提取、二值图像的几何特征与形状特征的提取、二值图像行程编码、噪声图像复原等。对图像处理的重要方法和程序设计的思路进行讲解，能提高学生的程序设计能力。 （三）程序演示内容 在课堂上除了介绍图像处理程序设计方法与思路外，还要利用开发的数字图像处理算法演示教学软件，将图像处理算法的实际效果进行演示，将算法实现过程中的重点问题转化为图像处理效果，从而将枯燥抽象的理论具体形象化，让学生充分感受到数字图像处理技术的魅力，以此激发学生的学习兴趣，提高课堂教学的效率。 演示软件设计的原则是：将图像处理算法中的各种可变参数作为输入数据，使学生体会到各种参数的实际含义。程序演示软件内容要比程序设计教学内容多，它几乎涵盖了所有的教学内容。例如：对于彩色图像的浮雕处理，只讲原理和公式是不够的，浮雕处理的结果图像必须通过演示系统显示出来，让学生一目了然，否则无法讲解清楚处理后图像的特征。 三、数字图像处理应用实例设计 在教学过程中，努力将复杂抽象的理论融入形象直观的应用实例当中，在理论中渗透实践，在实践中穿插理论，注重理论联系实际，培养学生的工程实践能力，真正使学生乐学、易学并会学。 （一）应用实例的选择 数字图像处理应用实例选择的原则是：学生熟悉、步骤简洁、算法简单。为了使处理结果准确度高，我们只选择标准规范的图像，而且这些应用实例程序都是自行开发且利用课程所讲的程序设计内容，这样学生会直观感觉到所学所用。应用实例分为两大类，一类为基本知识的应用，其方法简单，学生易理解而且能独立完成；另一类是数字图像处理新方法在当前新产品的应用，这些应用只能简单介绍，让学生大致了解。我们认为最重要的应用是第一类，这种应用更能提高学生的学生兴趣；第二类学生会感觉离自己较远。 我们选择的综合实用案例内容大部分来自我们的科研成果，有些已经体现在我们学生的毕业设计课题中。将历年与数字图像处理实际应用相关的毕业课题进行简化、修改与完善，可以不断充实数字图像处理应用实例软件。目前，我们选择的综合应用实例（以后还会扩充）包括：人像美容、人像美发、指纹识别预处理、车牌识别、手写字体识别、人脸定位、人脸五官定位、水果定位、道路识别等。 （二）在理论知识中渗透应用 由于教学过程是以知识点为单位进行教授，而综合应用实例涉及多个图像处理知识点，因此在授课过程中需要分解实例内容，显示实例的部分结果。例如：灰度水平微分投影包括：灰度图像中确定人眼水平位置，车牌灰度图像中预选车牌水平位置，指纹图像中定位中心水平位置等。RGB与HIS模型的转换包括：人像中的涂口红、涂腮红、美白、去红眼、染发、改变衣服颜色等。 （三）应用实例中分解出理论知识点 在课程教学过程的中期与末期，在总结复习所学知识时，以应用实例进行阶段性教学总结，通过应用实例贯穿图像处理的多个知识点，引导学生融会贯通所学知识，这有利于培养学生的综合应用能力。 四、结束语 随着信息技术不断发展和完善，数字图像处理技术也在不断发展，并且越来越多地应用于各个领域。我们总结十多年的数字图像处理课程的教学经验，在数字图像处理的程序设计、应用实例方面进行了研究与设计，设计了相应的教学软件。经过近五年在本校计算机科学与技术、软件工程、数字媒体技术的实践教学尝试，这样方法能够激发学生的学习兴趣，提高学生进行研究性学习的能力，提高学生的实践动手能力和创新能力，为培养高素质人才打下了坚实的基础。 [ 参 考 文 献 ] [1] 沈晓晶，池涛，王艳.计算机专业数字图像处理教学体系及教学方法探讨[J].长春教育学院学报，2013（23）：45-46. [2] 熊立伟，吴德华，薛云，张维.地方本科院校“数字图像处理”课程教学改革的思考[J].中国电力教育，2014（3）：107-108. [3] 郑林涛，董永生.ImageJ软件在数字图像处理课程教学中的应用[J].中国电力教育，2014（8）：112-113. [4] 魏晗，陈刚，唐永旺，郭志刚.数字图像处理的教学改革与实践[J].中国信息技术教育，2014（8）：12-13. [5] 陆玲，周书民.数字图像处理基本方法及程序设计[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2011. [6] 陆玲，李金萍.Visual C++数字图像处理[M].北京：中国电力出版社，2014. 电子技术课程设计报告书 2016年6月12日 一、设计任务及要求： 用中小规模集成芯片设计并制作多功能数字钟，具体要求如下： 1、准确及时，以数字形式显示时（00～23）、分（00～59）、秒（00～59）的时间。 2、具有校时功能。指导教师签名： 2016 二、指导教师评语： 指导教师签名： 2016 三、成绩 指导教师签名： 2016年6月年6月年6月日 日 日 多功能数字钟课程设计报告 设计目的 一、设计原理与技术方法： 包括：电路工作原理分析与原理图、元器件选择与参数计算、电路调试方法与结果说明； 软件设计说明书与流程图、软件源程序代码、软件调试方法与运行结果说明。 1、电路工作原理分析与原理图 数字钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。由于标准的1Hz 时间信号必须做到准确稳定，所以通常使用输出频率稳定的石英晶体振荡器电路构成数字钟的振源。又由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路。因此一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲后，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器译码，并通过显示器显示时间。由以上分析可得到原理框图如下图 图1 实验原理框图 2、元器件选择与参数计算 （1）晶体振荡电路：产生秒脉冲既可以采用555脉冲发生电路也可以采用晶振脉冲发生电路。若由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源，可使555与RC组成多谐振荡器，产生频率 f=1kHz的方波信号，再通过分频则可得到秒脉冲信号。晶体振荡器电路则可以给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。相比二者的稳定性，晶振电路比555电路能够产生更加稳定的脉冲，数字电路中的时钟是由振荡器产生的，振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精度决定了数字钟计时的准确程度，所以最后决定采用晶振脉冲发生电路。石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整，它是电子钟的核心，用它产生标准频率信号，再由分频器分成秒时间脉冲。 所以秒脉冲晶体振荡选用32768Hz的晶振，该元件专为数字钟电路而设计，其频率较低，有利于减少分频器级数。从有关手册中，可查得C1、C2均为20pF。当要求频率准确度和稳定度更高时，还可接入校正电容并采取温度补偿措施。由于CMOS电路的输入阻抗极高，因此反馈电阻R1可选为20MΩ。 （2）分频器电路：分频器电路将32768Hz的高频方波信号经32768（152）次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。该电路可通过CD4060与双D触发器74LS74共同实现。 （3）时间计数器电路：时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器。计数器可以使用十进制的74LS160。 （4）译码驱动电路：译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。译码器可以使用CD4511。 （5）校时电路：可以通过基本的门器件、电阻与开关实现。由设计的电路图可选择与非门74LS00。（6）整点报时电路：一般时钟都应具备整点报时电路功能,即在时间出现整点前数秒内,数字钟会自动报时,以示提醒.其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波。 3、电路调试方法与结果说明（1）电路调试方法 ①数码管的调试：可以用万用表的负极接数码管的3或8脚，正极依次接数码管剩余的管脚所接电阻的另一端，并将万用表调至测发光二极管档位，从而测试数码管的显示是否正确。②“时”“分”“秒”电路的调试：将“时”“分”“秒”电路连接完成后，可以用函数信号发生器产生的1Hz方波信号分别作为“时”、“分”、“秒”的个位74LS160的计数脉冲，从而测试“时”是否为24进制，“分”和“秒”是否为60进制。③校时电路的调试：先将电路外接用函数信号发生器产生的2Hz方波信号，再分别通过校时、校分电路开关的断开、闭合以及开关闭合后电路的工作情况判断电路的校时、校分功能是否正确。 ④秒脉冲产生电路的调试：将电路产生的秒时间脉冲接入示波器，观察并计算电路是否产生1Hz方波信号。（2）结果说明 ①数码管的调试：当正极依次接1、2、4、5、7、9、10管脚时，数码管依次是G、F、A、B、C、D、E亮。②“时”“分”“秒”电路的调试：“时”为24进制（从“00”到“23”），“分”和“秒”都为60进制（从“00”到“59”）。 ③校时电路的调试：开关断开时电路处于正常工作状态，开关闭合时电路处于校时、校分状态。 ④秒脉冲产生电路的调试：电路产生1Hz方波信号。 4、软件设计说明书与流程图（1）秒脉冲产生电路 晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。晶体XTAL的频率选为32768HZ。该元件专为数字钟电路而设计，其频率较低，有利于减少分频器级数。从有关手册中，可查得C1、C2均为20pF。当要求频率准确度和稳定度更高时，还可接入校正电容并采取温度补偿措施。由于CMOS电路的输入阻抗极高，因此反馈电阻R1可选为22MΩ。较高的反馈电阻有利于提高振荡频率的稳定性。通常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到1Hz的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。通常实现分频器的电路是计数器电路，一般采用多级２进制计数器来实现。 本实验中采用CD4060来构成分频电路。管脚图见图2。CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。CD4060计数为14级2进制计数器，可以将32768Hz的信号分频为2Hz，再经过74LS74即可获得1Hz的方波信号。原理电路图如图3所示，图4为仿真电路图。 图2 D4060管脚图 图3 CD4060秒脉冲振荡发生器 图 4 产生1Hz时间脉冲的电路图 （2）时间计数器电路 ①“秒”“分”电路 根据题目要求，“秒”和“分”都是60进制的，而且是从“00”到“59”，可以使用十进制的74LS160来实现这个功能。首先将两片74LS160通过串行进位方式接成百进制计数器，即分别将“秒”和“分”个位的进位输出信号经非门作为“秒”和“分”十位的计数输入脉冲。当计数器从全0状态开始计数，计入59个脉冲时，经与非门译码产生低电平信号立刻将两片74LS160同时置零，于是便得到了60进制的计数器。74160的逻辑功能示意图、引脚图及功能表如下所示。 图5 a)74160逻辑功能示意图 b)74160引脚图 图6 74160逻辑功能表 ②“时”电路 根据题目要求，“时”是24进制的，而且是从“00”到“23”，可以使用十进制的74LS160来实现这个功能。首先将两片74LS160通过串行进位方式接成百进制计数器，当计数器从全0状态开始计数，计入23个脉冲时，经与非门译码产生低电平信号立刻将两片74LS160同时置零，于是便得到了24进制的计数器。（3）译码驱动电路 计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，选用CD4511作为显示译码电路，选用LED数码管作为显示单元电路。由于CD4511是输出高电平有效，所以选用七段共阴极LED数码管。若将“秒”、“分”、“时”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。“秒”用数码管显示如图7所示。 图7 “秒”的译码及驱动显示电路图（4）校时电路 数字种启动后,每当数字钟显示与实际时间不符合,需要根据标准时间进行校时。通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。校“秒”时，采用等待校时。校“分”、“时”的原理比较简单，采用加速校时。对校时电路的要求是 : 1．在小时校正时不影响分和秒的正常计数。2．在分校正时不影响秒和小时的正常计数。当开关断开时，因为校正信号和0相与的输出为0，而开关的另一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关闭合时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。与非门可选74LS00，非门则可用与非门2个输入端并接来代替从而节省芯片。校时电路图见图8。 校时电路图（5）整点报时电路 一般时钟都应具备整点报时电路功能，即在时间出现整点前数秒内，数字钟会自动报时，以示提醒。其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波。当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的QC和QＡ、个位的QＤ和QＡ及秒计数器十位的QＣ 和QＡ相与。电路在整点前6秒钟内开始整点报时，即当时间在59分54秒到59分59秒期间时，报时电路产生报时控制信号，控制小喇叭产生低音；当时间为00分00秒时，报时电路产生报时控制信号，控制小喇叭产生高音。 5、软件调试方法与运行结果说明（1）软件调试方法 由于仿真时晶振不能正常工作，所以通过外接1KHz方波信号来调试电路。“时”“分”“秒”电路的调试：“时”为24进制（从“00”到“23”），“分”和“秒”都为60进制（从“00”到“59”）。校时电路的调试：可以通过校时、校分电路的开关来校对时间，并判断电路的“时”“分”“秒”的进制是否正确。开关断开时电路处于正常工作状态，开关闭合时电路处于校时、校分状态。（2）运行结果说明 数码管的各部分可以正确显示，电路的“时”为24进制（从“00”到“23”），“分”和“秒”都为60进制（从“00”到“59”）。开关断开时电路处于正常工作状态，开关闭合时电路处于校时、校分状态，通过控制开关及输入信号可以达到校时功能。 三、设计体会与建议 1.设计体会 我觉得此次的数字钟设计实验，电路原理相对来比较简单，但电路图比较复杂，所用芯片比较多，相应的连线也多，这就给焊接电路增加了较大的难度。不过通过此次实验，使我更进一步地熟悉了芯片的结构，掌握了实验中所用各芯片的工作原理和其具体的使用方法，同时还接触到了一些新认识的芯片，增长了见识。这次课程设计是一次难得的锻炼机会，让我们能够充分运用所学过的理论知识和自己动手实际操作的能力，另外还让我们学习查找资料的方法，以及自己设计电路、焊接电路、分析解决电路存在的问题的能力。这对于我来说是很好的提高，填补了平日理论学习后实践方面的空白。参考文献 [1] 阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001年 ——交通灯控制电路 XX大学机自学院自动化系 自动化 专业 姓名: 学号: 指导老师: 2018年X月X日 一、主要用途： 交通信号灯使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力、减少交通事故有明显效果。 在十字交叉路口，为保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。 二、设计任务及要求： 设计一个主干道和支干道十字路口的交通灯控制电路，其要求如下： 1.一般情况下，保持主干道畅通，主干道路灯亮、支干道红灯亮，并且主干灯亮的时间不少于60 S； 2.当主干道绿灯亮超过60 S，且支干道有车时，主干道红灯亮，支干道绿灯亮，但支干道绿灯亮的时间不得超过30S； 3.每次主干道或支干道绿灯亮变红灯时，黄灯先亮5S。 三、设计思路步骤及仿真调试 设计分析 分析可知，所需的交通灯有以下四个状态： a.主干道绿灯亮，支干道红灯亮，此时主干道允许车辆通行，支干道禁止车辆通行。当主干道绿灯亮够60秒后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。 b.主干道黄灯亮，支干道红灯亮，此时主干道允许超过停车线的车辆继续通行，而未超过停车线的车辆禁止通行，支干道禁止车辆通行。当主干道黄灯亮够5秒后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。 c.主干道红灯亮，支干道绿灯亮。此时主干道禁止车辆通行，支干道允许车辆通行，当支干道绿灯亮够30秒后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。 d.主干道红灯亮，支干道黄灯亮。此时主干道禁止车辆通行，支干道允许超过停车线的车辆通行，而未超过停车线的车辆禁止通行。当支干道红灯亮够5秒后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。 以上a,b,c,d四种状态依次交替循环，达到指挥交通的功能。 分析得出，交通灯系统共由脉冲信号模块，交通灯模块，控制模块，倒计时模块四部分组成，如下图1所示。 主干道 A1 A2 A3 控制 模块 倒计时 模块 脉冲信号模块 发生器 T0 支干道 B1 B2 B3 图1 交通灯控制系统原理框图 整个系统的核心是利用能够进行60进制、30进制以及5进制并切换的减法计数器，在译码器及与非门的配合下实现交通灯信号灯的切换。 1.脉冲信号模块 信号的产生采用555定时器构成的多谐振荡器。取R1=10kΩ，C2=10uF，通过 f=1tpL+tph≈1.43R1+2R2C2=1 设计计算得R2≈66kΩ，此处采用100kΩ滑动变阻器。 设计如下图2所示的多谐振荡器，产生1Hz的方波周期信号。 图2 多谐振荡器 2.交通灯模块 设主干道红灯、黄灯、绿灯分别为A1、A2、A3；支干道红灯，黄灯、绿灯分别为B1、B2、B3，如下图3所示。 图3 交通灯模块 3.控制模块 使用74LS163N十进制计数器构成三进制的加法计数器，同时用与非门控制三个颜色交通灯的亮与灭。 74LS163N的CP信号由倒计时模块高位74LS192N的BO控制。即每当倒计时的高位产生借位信号时通过BO传给74LS163N一个信号使之变灯。 令前述的a,b,c,d四种交通灯状态依次为00,01,10,11，以74163N的QA,QB输出。 主干道红灯、黄灯、绿灯分别为A1、A2、A3；支干道红灯，黄灯、绿灯分别为B1、B2、B3。可得真值表如下。 QB QA A1 A2 A3 B1 B2 B3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 由真值表化简可得各信号灯的逻辑表达式： A1=QB,A2=QBQA,A3=QBQA,B1=QB,B2=QBQA,B3=QBQA 故采用与非门控制连接交通灯和74LS163N如下图4： 图4 74163N和与非门构成的交通灯控制模块 4.倒计时模块 倒计时模块由减法计数器和7段数码管显示器组成。 十字路口的交通灯要有数字显示，且是倒计时，以便人们能够更好的把握好时间。具体的工作方式为：当主干道的绿灯亮时，将显示器置为60s，然后每秒减1，计数方式工作，直至减到数为00，此时变灯并置05s，再执行每秒减1，减到00后变灯并置30s，递减。一次工作循环结束，而进入下一工作循环。 倒计时模块选用两片74LS192级联，通过将低位的借位端BO与高位的减数计数控制端DOWN连接，构成减法计数器。CP由多谐振荡器的输出端接到低位74LS192的减数计数控制端DOWN控制。 预置端LOAD接高电平时计数，接低电平时预置数。因此，工作开始时，LOAD为0，计数器预置数，置数后，LOAD变为1，计数器开始倒计时，当倒计时减到数00时，LOAD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。 这可以借助两片74190的借位端BO来实现，用或门将两个BO连起来，再接在预置数端LOAD上。当倒计时减到数00时，两个BO均产生一低电平信号，通过或门使两片74190的LOAD端置数。 由于四种状态的置数各不相同，设高位74LS192N的置数端依次为DH,CH,BH,AH,低位的置数端依次为DL,CL,BL,AL,由前述的真值表和8位置数端在各状态下的取值，分析可得，DH=0,CH=A3,BH=QA,AH=B3 DL=0,CL=QA,BL=0,AL=QA 故可利用信号灯和74163N输出端的信号结合与非门控制置数端在不同状态下的取值。设计如下图5 图5 减法计数器和7段数码管显示器构成的倒计时模块 三、电路的测试与仿真 状态a： 符合设计要求1：一般情况下，保持主干道畅通，主干道路绿灯亮、支干道红灯亮，并且主干灯亮的时间不少于60 S； 状态b： 符合设计要求3：每次主干道或支干道绿灯亮变红灯时，黄灯先亮5S。 状态c： 符合设计要求2：当主干道绿灯亮超过60 S，且支干道有车时，主干道红灯亮，支干道绿灯亮，但支干道绿灯亮的时间不得超过30S； 状态d： 符合设计要求3：每次主干道或支干道绿灯亮变红灯时，黄灯先亮5S。 综上所述：该交通灯符合设计要求。 四、总结 这次数电设计对我是一个很大的挑战。一开始时我完全没有思路，后来通过在网上查阅了一些文献，理清了设计过程，明白了无论多复杂的功能结构，都要先分析要设计哪些模块，再将各个模块分别设计，最后汇总。 还有在设计时一定要了解清楚芯片各个针脚的功能，否则会遇到很多麻烦。在设计时我用到74LS192芯片，但由于网上资料不够详细，我对于BO端口的功能不是很清楚，导致起初我一直以为只要减法计数器减到0时BO就一直为低电平输出，使我无法设计置位端LOAD。后来我才了解到BO端口是在计数器为0时再减1的瞬间产生一个短暂的负向脉冲，正是利用这个原理才使我的设计得以完成。 同时由于我采用的multisim14版本有些原因不明的bug，也为我的调试带来了许多问题。在我的设计图中，我在倒计数模块的或门输出端接了一个开关，是因为如果去掉这个开关，直接用导线连接，就会导致通电时计数器只从60跳到59就卡住，不再工作。加一个开关也是我调试了好久才发现的解决办法。 关键词：研究生培养,教学改革,数字信号处理,VLSI设计 1 前言 数字信号处理 (Digital Signal Processing , DSP) 具有极其广泛的应用, DSP领域始终是由DSP应用和超大规模集成电路 (Very-Large-Scale-Integrated, VLSI) 技术的进展推动的。我校的“数字信号处理及VLSI设计”课程开设于2007年, 是电子科学与技术专业和集成电路工程专业的核心课程。在接手开设这门课程之初, 笔者就在思考如何根据研究生的本科学习情况, 探索更有效的研究生教学和指导方式, 以应对提高课程教学质量的挑战。经过认真的分析和思考, 充分借鉴国外先进的教学理念, 并采用理论学习和课程实践相结合的方式, 对所承担的硕士研究生“数字信号处理及VLSI设计”课程进行了改革, 开展了诸如加强教师团队建设, 尝试用课程中设置的堂下小课题, 把项目研究报告作为课程考核的一部分, 将研究生的自主学习能力、查阅文献能力、实践动手能力、写作能力等研究生基本素质的培养贯穿在课程教学过程中。 本课程的教学改革已经在连续9届硕士研究生的教学中进行了试验, 效果良好。该课程的教育教学改革实践先后得到了学校研究生部和重庆市教委的重视和大力支持, 现已建设成为学校优质特色课程, 即将通过重庆市优质研究生特色课程的验收。这表明通过课程教学改革, 可以有效激发出学生的学习热情, 改进教学效果, 提高研究生的基本素质。在前期研究的基础上[1], 下面就介绍我们在课程改革中的一些经验和做法。 2 本课程的基本情况分析 2.1 课程特点分析 随着数字集成电路设计的飞速发展及数字信号处理理论的进步, 工业界不断地在推出功耗更低、速度更快的ASIC芯片, 使得从事集成电路设计的研究人员对DSP超大规模集成电路 (VLSI) 设计方法学的需求也日益增长, 因而需要对电子科学与技术专业和集成电路工程专业的研究生在数字集成电路设计技术及DSP算法相关理论相互融合方面开展教育教学改革研究, 为其提供较为坚实的专业基础知识。在教材选择上, 前期采用合适的教材是非常重要的。“数字信号处理及VLSI设计”课程初期教学, 使用了Uwe Meyer-Base著, 刘凌, 胡永生译的《数字信号处理的FPGA实现》, 该书较为全面地介绍利用现场可编程门阵列 (FPGA) 进行数字信号处理的方法, 但是存在着一些不足, 如对数字集成电路系统设计的优化设计考虑不足, 对于低功耗设计及面积最小的设计的相关理论没有介绍。为了提高教学质量和学生学习的兴趣, 后来该课程的教学使用了Keshab K.Parhi著, 陈弘毅, 白国强, 吴行军译的《VLSI数字信号处理系统设计与实现》, 该书汇集了VLSI的构架理论与算法, 描述了硬件实现层中的各种构架, 给出了若干种分析、估计与降低功耗的方法, 重点讲述设计应用所需要的定制或者半定制VLSI电路。 2.2 选课研究生情况分析 我校选修“数字信号处理及VLSI设计”课程的学生按专业知识储备可以分为三大类:1) 具备集成电路专业知识, 但对数字信号处理方向的专业知识了解甚少;2) 具备一定的数字信号处理知识, 但是基本不了解集成电路方面的专业知识;3) 对数字信号处理和集成电路方面的专业知识都有了解, 但是不够深入。因而“数字信号处理及VLSI设计”课程受到了校内学生的广泛关注, 例如电子科学与技术, 集成电路工程, 通信工程, 自动化控制等。由此可以看到, 尽管学生来自不同专业, 但是都对“数字信号处理及VLSI设计”课程非常感兴趣, 学习目的也很明确, 自主学习能力较强, 专业需求强烈, 但是需求方向因专业差异而不同。 3 课程教学模式及内容的改革 3.1 教学理念 “数字信号处理及VLSI设计”课程建设要体现“以加强专业素质为中心”, 以“强化学生理论基础、培养学生的数字集成电路设计能力、全面提高学生的专业素质”为目的。把专业培养计划体现在具体的课程教学上, 培养出具有创新精神和创新能力的、高素质的工程应用型的专业技术高级人才。通过本课程的理论学习和实践, 为从事相关方向研究的研究生在数字系统设计方面奠定坚实的专业基础。 3.2 教学内容 课程教学的目的是使学生掌握DSP算法的基本理论, 深入理解DSP算法在数字集成电路系统设计中所涉及到了基本理论及相关技术, 如DSP各种算法在ASIC电路及系统设计中所涉及到的一些基本概念, 如迭代边界、关键路径、数据流图等, DSP各种算法在系统设计过程中所涉及的系统优化设计技术, 如低功耗设计, 高速电路设计, 面积优化技术等。探索改善数字信号处理实现性能的各种变换, 讨论基于算法变换的各种DSP算法的算法结构设计, 讨论运算操作、高性能VLSI系统设计问题和可编程数字信号处理器的VLSI实现等, 将该门课程打造成数字集成电路与系统设计、数字信号处理算法及应用研究方向非常重要的一门专业课。经过多年的课程建设, 目前已经逐渐形成了一些特色, 教学效果得到研究生的一致好评, 是校级的研究生优质课程项目。 3.3 教学模式 课程建设的主要内容之一是改革传统的教学模式, 充分利用多媒体等现代化的教学手段, 丰富课堂教学, 进一步改善教学效果。在之前的基础上, 该课程利用互动教学模式[1,2], 师生之间进行信息交流互动, 从而形成交互理解, 教学相长, 提倡启发式教学[3,4,5], 从多个方面来引导学生进行自主学习。 对于互动教学, 首先, 教师站在讲台前讲述的同时, 也要学会通过运用教学课件、课堂现场板书、投影仪、电视录像及教学录像等多媒体教学手段, 加强与学生的互动交流。其次强调学生的积极参与, 不要时也可组织小组讨论的形式, 充分调动学生的学习积极性。 对于启发式教学, 教师要注意适时与适度原则。适度原则即教师教学的内容、方法要能要符合学生专业基础水平, 适应不同专业基础对该课程学习的需要。 3.4 考核模式 课程教学的一个重要环节是对学生进行考核。本课程评分标准将采用由3个部分构成的综合性评分标准, 着重考察学生的基础知识、学习能力、创新能力。其中包括以下几个项目: 1) 期末理论考试。所占分数40%。本课程将采用较为合理的开卷考试, 考试的内容既包含教学大纲上主要的理论教学内容, 而且给出详细的评分标准。并严格地按照评分标准来评定学生的考试成绩, 最后加起来得到总成绩的第一部分。所有试卷都有保存留底以备审查。 2) 堂下大作业成绩。所占分数为40%。在学期中, 教师为每位学生设置1个具有一定难度和一定工作量的设计题。成绩评定主要具体根据学生对作业题的完成程度、对算法的理解程度和对硬件优化设计的具体应用情况而定。如果能广泛查阅文献提出问题的, 在该项可获得加分。 3) 平时参与程度。所占分数20%, 主要考察日常出勤、平时上课的课堂交流, 实践活动的参与程度。 通过这样的考核模式, 可以很好地促进学生进行对该课程的学习, 根据考核成绩也可以真实反映出学生学习该课程的效果, 为提高该课程教学质量和研究生的培养提供了依据。 4 课程教学效果分析 经过前一阶段的工作, 已经取得了阶段性的成果, 相关的成果汇总如下: 1) 课堂教学用的课件富有特色, 取得了很好的课堂教学效果。课题组根据数字信号理论的发展以及集成电路设计技术的进步, 及时更新了有关基于FPGA设计技术、数字信号处理算法、VLSI系统架构设计等方面的新内容, 并开设了前沿讲座, 介绍了最新的技术进展。与此同时, 坚持采用双语教学, 采用英语课件, 提高了学生的专业英语水平。 2) 编写完成了实验教学用的实验讲义。“数字信号处理及VLSI设计”是一门理论性和实践性都非常强的课程, 因而实验教学就显得非常重要。围绕FPGA设计的课堂讲解, 我们设计了包括IIR滤波器设计、CIC滤波器设计及Radar算法的FPGA实现等在内的共计6个实验项目, 使得学生可以对数字信号处理算法的FPGA实现有深刻的印象。在实际的教学过程中, 我们还容许学生自主选择相关的算法进行分析及FPGA设计, 极大地提高了学生的实践动手能力。 3) 教学团队建设。形成了一支层次结构合理的教学团队, 几位青年博士作为主讲教师, 结合自己的科研课题, 为学生开设相关方向的前沿技术专题讲座, 广受学生好评。这几年新引进吸收了多名具有博士学位的青年教师加入到教学团队。 4) 教学效果及反馈。采用新的教学模式、新的教学内容, 从2010级电子科学技术专业及集成电路工程专业的研究生的教学开始, 重点进行了如下的教学改革研究。一是理论教学与实践教学的有机结合, 重点强调实验教学;二是大量引入新的内容, 体现学科的发展动态。2010级选修该课程的学生人数为36人, 约占该年级研究生人数的50%, 表明学生对该门课程选修的积极性很高, 认为该门课程对将来的科研工作有一定程度的帮助。其次, 本课程采取对实验课程与理论课程分开考核的形式进行考核, 绝大部分同学实验课程非常感兴趣, 成绩较好。在总成绩中, 90~100分的有2人, 80~89分的有25人, 70~79分的有9人, 总体教学效果良好。2011级教学效果略好于2010级。主要表现在70~79分之间的学生比例降低到13%, 比2010级降低了约50%。对2010级及2011级两届研究生的学习效果调查表明, 绝大多数的学生认为课程在课堂上所讲授的内容丰富, 提供的信息量大, 对其将来的学习和研究有很大的帮助, 不足之处在于该课程所安排的实验教学还有待改进, 尽管目前已经安排了一次大的堂下作业作为该门课程的考查项目之一, 但有学生建议要在课后布置一些能体现动手能力的实验题目, 以提高他们的实际运用知识的能力。 5 总结 多年来, 经过对“数字信号处理及VLSI设计”课程教学内容的不断充实和完善, 尤其是注重教学实践中加强对学生动手能力的培养, 改革考核模式, 激发学生的学习热情。通过收集研究生对本门课程的学习效果评价及后续的科研工作中对知识运用能力的评价, 有针对性地对课堂教学的方式方法进行调整。这几年的教学实践表明课程的教学改革取得了很好的效果, 学生的实际动手能力和综合素质明显提高。 参考文献 [1]王巍, 等.研究生课程《数字信号处理VSLI设计》教学改革研究[J], 2012, 28 (10) :116-117. [2]孙泽文, 雷呈勇.互动教学模式的特点、类型与实施环节的研究[J].内蒙古师范大学学报:教育科学版, 2008, 21 (4) :86-89. [3]张忠华, 周阳.对启发式教学几个问题的探索[J].教育导刊, 2009 (2) :50-52. [4]朱昌流.论启发式教学的有效实施[J].教育与职业, 2007 (18) :157-158. 【摘要】“数字信号处理”课程是电子信息类专业非常重要的课程，但它理论性强、抽象、公式多，理解和掌握起来有一定难度，导致学生厌学、怕学的情绪。为了培养学生的学习兴趣，适应素质教育，针对“数字信号处理”课程教学内容、实践教学和课堂教学模式进行了改革，从教学方法、教学手段方面进行改革。结果表明，学生学习的热情得到了提高，取得了较好的效果。 【关键词】数字信号处理 教学改革 学习兴趣 探索性实验 【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）06-0023-02 “数字信号处理”课程是电子类学科和专业的一门重要专业基础课，涉及知识面广泛，如信号与系统、信号处理、通信等，课程内容抽象，理论性强，概念多，学习难度较大，加上先修课程的学习的好坏也影响到本课程的学习。这些因素导致学生难以在有限的教学时间内掌握好本门课程的内容，学习的畏难情绪增加，学习效果随之下降，导致逐渐丧失学习信心和学习热情[2]。如何培养并保持学生的学习兴趣，充分发挥学生的学习主动性是数字信号处理课程教学中需要面对的一个重要问题。因此对传统的教学方法进行改进，采用多种教学方式激发学生的学习兴趣，取得了较好的教学效果。 一、多种教学手段结合激发学习兴趣 传统的课堂教学方式采用黑板板书方式，其优点是师生互动直接，可以自由控制时间，学生在老师板书的过程中有足够的时间理解和思考，跟进老师思路的压力较小，适合公式推导、例题讲解等内容的教学。但是板书方式形式单调，不适合对抽象的概念和复杂的过程的讲解，而且，数字信号处理课程本来每堂课内容多，全采用板书讲授方式将很难完成教学任务，加快速度则有些重要难以讲到，久之影响教学效果。同时，本课程涉及信号流图（如FFT流程图等）、滤波器设计内容中的频谱图及设计的结果，如果板书出来将占用珍贵的课堂时间。因此仅用黑板板书的方式显然并不合适。投影教学方式的优点是形象生动，尤其是有的复杂过程可采用动画形式展现，学生容易理解，且传递的信息量丰富。但长久的盯着亮的屏幕容易造成视觉疲劳，快速的翻页也会造成部分学生跟不上进度，一堂课下来感觉很累。因此，在课堂教学中，宜采用板书、多媒体教学相结合的授课方式，充分发挥各自教学方式的优点。公式推导、例题讲解等可采用板书方式，抽象的概念和理论、复杂的处理过程等则采用MATLAB仿真进行演示或采用动画形式展现。多媒体课件宜做得精炼，防止出现大幅的内容叙述。由于抽象概念的形象解释有助于学生的理解，学习兴趣也随之提高。比如在讲解长信号的线性卷积时，牵涉到重叠相加法、重叠保留法两种方法，可采用板书和投影教学相结合的方式进行讲解。先提出问题：两个长度相当的信号的线性卷积可以利用FFT进行快速卷积，但若一个信号很长甚至是无限长时如何实现快速卷积？让学生进行讨论。再使用板书方式推导出长信号的分段卷积式，对分段卷积结果如何处理则采用MATLAB仿真来演示和验证这一过程。通过MATLAB仿真，长信号的快速卷积就形象的展现出来，学生易于理解了，枯燥的定义和概念也变得生动起来，原本复杂的过程变得简单而容易接受，有利于知识的理解和掌握，也激发了学生的学习兴趣。 二、改进教学方法，激发学生学习兴趣 “数字信号处理”理论知识多，学习起来枯燥。但是，如果学生认识到所学的知识有用会激发他们的学习兴趣。因此，应加大应用性内容的教学，让学生参与到相关的实践活动中有助于提高学生的学习热情。 1.课程设计提升学习兴趣 课程设计是综合性实践教学环节，完成课程设计需要综合应用所学知识，包括查阅资料、方案设计、方案实施、结果分析、方案改进等。实施计划过程中遇到的困难和障碍构成了学生渴望以挑战的问题，正是这些问题激励学生积极思考并寻找解决问题的办法，在此过程中学习的积极性得以充分发挥。一般而言，学生在接到课程设计的任务后，需要对设计课题进行分析，确定完成此设计需要用到的知识，这些知识可能是已经学习过的，也有未学习过的。学生通过查阅相关资料后，综合所学的知识、技能，明确需解决的问题和达到的目标，并形成解决问题的技术方法。 比如在FFT的教学中，给定课程设计要求“语音信号的频谱分析”，要求综合运用数字信号处理的理论知识对语音信号进行频谱分析并对语音信号进行处理。在此课程设计中，要求学生掌握Windows 环境下语音信号采集方法，掌握用 MATLAB对信号进行分析和处理的编程方法，设计算法和应用程序，对结果进行分析，撰写总结和报告等。学生通过理论推导得出相应结論，利用MATLAB作为编程工具实现语音信号的谱分析和滤波。在设计的完成过程中互相交流学习心得，共同探讨出现的新问题，培养获取知识与解决问题的能力。与此同时，学习过程中获得的成就感激发了他们的学习热情，并培养了勇于探索开拓进取的学习精神。 在教学中，课程设计的题目可以由教师指定，由学生选择，如语音信号卷积的实现、图像信号的滤波等；也可以在教师指导下学生自己选择。学生通过参与数字信号处理的课程设计，加深了对“数字信号处理”理论的理解，提高了学习的热情，巩固了学生数字信号处理的基础知识，增强了学习兴趣。 2.探索性实验激发学习兴趣 探索性实验是指人们从事开创性的研究工作时，为探寻未知事物或现象的性质以及规律所进行的实践活动。它对培养学生的观察能力、思维能力、探索精神以及良好的学习方法具有重要意义。 目前数字信号处理课程配备的实验大多是验证性实验，旨在对所学知识进行验证，如快速傅里叶变换（FFT）、RIR滤波器设计、IIR滤波器设计等，学生只是使用MATLAB 对教材或实验指导书上的实验进行验证，对实验结论也是验证与所学的知识是否一致，遇到不一致的往往知其然不知其所以然，难以结合教材内容进行深入分析。实验过程中遇到的问题也很难独立思考和解决。因此，实验设计仅让学生懂得实验的基本过程及仅仅验证教材上的内容是不够的，更重要的是培养学生的分析和思考问题能力。探索性实验将使得学生在实验过程中通过自己的观察、思考得出结论，不仅能启迪思维，培养科学精神和创新能力，更能激发学习兴趣。探索性实验内容可由教师提出，学生依据实验课题内容查阅资料，设计实验方案，最终完成实验并撰写实验报告。如卷积在信号去噪处理中的应用，就可以采用高斯模板对被污染的图像进行卷积以去除噪声（二维卷积），或对一段被噪声污染的歌曲进行卷积运算去除噪声（一维卷积）。通过探索性实验的开展，改变了传统实验的单调性，调动了学生的主动性，提高学生的学习热情。将验证性实验与探索性相结合，不仅有助于知识的掌握和能力的培养，还培养了学生科学素养，对激发学生的学习兴趣具有积极意义。 3.建立有利于激发学习热情的考核方法 作为一门重要的专业基础课，学生很在乎自己学习成绩，设计一套好的评价考核方法能最大限度的激发學生的学习热情，变被动学习为主动学习。为全面考查学生课堂学习、课外学习、课程设计及探索性实验效果，需设计闭卷考试、实验考核、课程设计考核及平时综合考核的全面考核方式。闭卷考试主要考核基本概念、基本原理等理论知识，实验考核主要考查学生的实验技能及分析和解决问题的能力；课程设计考核主要考察获取知识与解决问题的能力，同时鼓励学生依据学习内容撰写小论文，并建立相应的加分制度。 三、结语 “数字信号处理”的特点是理论性强，公式多，比较枯燥难学，学生容易提不起兴趣。兴趣是最好的老师，是构成学习心理的最活跃的因素。为了达到较好的教学效果，教学实践中，我们改进传统的教学方法，在课堂教学中采用多种教学手段结合激发学习兴趣，并从课程设计、探索性实验及建立有利于激发学生学习热情的考核方法几个方面着手， 激发学习热情，促进学生以研究的态度进行学习，在学习中获得的成就感激发了学生求知欲和学习兴趣，这些措施的实施取得了良好的教学效果。 参考文献： [1]程佩青.数字信号处理教程（第三版）[M].北京：清华大学出版社，2012. [2]任淑萍，王欣峰.“数字信号处理”的优化教学研究[J].电力学报，2008，23（3）：255-257. [3]刘永红，王娜，刘琚.“数字信号处理”课程学习兴趣的培养[J].电气电子教学学报，2014，36（2）：9-11. [4]马永奎，高玉龙，张佳岩，张中兆.“数字信号处理”课程设计导向型教学初探[J].电气电子教学学报，2012，34（4）：96-97. [5]郭建涛.“数字信号处理”课程的Matlab教学研究[J].电气电子教学学报，2010，32（3）：117-119. [6]胡居荣，曹宁.基于MATLAB的数字信号处理研究型教学的探索[J].中国电力教育，2008（121）：67-69. [7] 王秋生，袁海文.《数字信号处理》课程的分层实验教学方法[J].北京航空航天大学学报（社科版），2011，，24（5）：109-112. 课程：计算机网络 题目：计算机通信与网络课程设计 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 时间：2016.6.20~2016.6.25 一、课程设计概述 1、锐捷网络实验系统简介 锐捷网络实验系统结构图 2、课程设计主要任务 掌握路由器的基本配置和三层交换机的基本配置命令，利用三层交换实现不同VLAN间的通信，并在路由器上实现静态路由方式配置和RIP、OSPF配置。 3、实验环境设置 首先配置好本机的ip地址（有虚拟的ip地址，和已经存在的ip地址），然后，登陆到主页http://192.168.129.222:8088/limp，最后开始实验。 二、课程设计实现 1、实验一 交换机基本配置 （1）实验任务 掌握交换机的基本配置方法，熟练使用交换机常用配置命令。（2）实验步骤 1、使用交换机的命令行管理界面 （1）交换机命令行操作模式的进入（2）交换机命令行基本功能 2、交换机的全局配置 （1）交换机设备名称的配置 （2）交换机每日提示信息的配置 3、交换机端口的基本配置（1）交换机端口参数的配置（2）查看交换机端口配置信息 4、查看交换机的系统和配置信息（1）交换机端口参数的配置（2）看交换机各项信息 （3）实验中的问题及解决 Question： 有时候为什么已经输入正确的操作命令,却得不到想要的信息。如： Switch(config)#show vlan Answer： 原因：命令上下文环境不正确。 解决办法：应进入正确的命令模式。如上例应先用end命令返回用户模式，再执行 show vlan 2、实验二 利用交换机实现主机互联（1）实验任务 给主机配置IP地址，利用交换机实现主机互联互通。 （2）实验步骤 1、绘制拓扑图： 2、尝试能否ping通 （3）实验中的问题及解决方法 Question： 有按上述拓扑结构配置好主机A和B的IP地址,为什么还是不能ping通？ Answer： 原因：防火墙规则设置。 解决办法：关闭两主机的防火墙设置。 3、实验三 在相同交换机上划分VLAN（1）实验任务 通过配置VLAN，隔离、分割广播域，控制交换网络中的广播流量； 将广播流量控制在一个VLAN内确保网络安全。 （2）实验步骤 1、绘制拓扑图 2、配置vlan，划分主机，并且配置主机的ip、子网掩码 3、查看各个主机之间的能否ping通 （3）实验中的问题及解决方法 Question： 为什么将主机A和B划分到两个不同VLAN中,A和B还是能互相ping通? Answer： 原因：没有将适当的端口划分到不同的VLAN。 解决办法：重新分配端口。值得注意的是，删除某个VLAN时，应先将属于该VLAN的端口加入到别的VLAN中，再删除。 4、实验四 跨交换机划分VLAN，实现VLAN内通信（1）实验任务 在网络中划分VLAN，跨交换机实现同VLAN内主机的通信。 （2）实验步骤 1、绘制拓扑结构 2、划分vlan与主机 3、验证主机之间能否ping通 （3）实验中的问题及解决方法 Question： 为什么按上述拓扑结构划分好VLAN后,不同交换机上的同一VLAN中的主机A和B还是没有办法互相ping通? Answer： 原因：Trunk配置错误。 解决办法：两台交换机之间相连的端口应该设置为Tag Vlan模式。 5、实验五 利用三层交换机实现VLAN间通信（1）实验任务 利用三层交换机，实现VLAN间主机的通信。 （2）实验步骤 1、绘制拓扑图 2、划分vlan和分配主机，开启三层交换机功能，将二层交换机与三层交换机相连接的端口均设置成Trunk模式 3、为三层交换机分配ip地址、子网掩码、网关 4、验证测试 （3）实验中的问题及解决方法 Question： 为什么按上述拓扑结构划分好VLAN后，利用三层交换机，不同VLAN中主机还是无法互相ping通？ Answer： 原因：二层交换机上VLAN配置错误。三层交换机上未配置相应VLAN。三层交换机上VLAN IP配置错误。 解决办法：二层交换机配置合适的VLAN。三层交换机上配置对应的VLAN和VLAN IP。 6、实验六 以太网链路聚合（1）实验任务 在两交换机上配置链路聚合，实现冗余链路。 （2）实验步骤 1、绘制拓扑图 2、配置聚合组 3、测试是否可以ping通 （3）实验中的问题及解决方法 Question： 为什么已经按上述拓扑结构在两交换机上配置链路聚合，主机A和B还是无法相互ping通? Answer： 原因：端口没有加入到合适的聚合组。解决办法：重新划分端口，加入到合适的聚合组。 7、实验七 配置交换机的Telnet功能（1）实验任务 远程Telnet到交换机S2128-2上进行交换机的配置管理。 （2）实验步骤 1、绘制拓扑图 2、配置交换机的管理ip 3、测试能否ping通 Question： 为什么从主机无法ping通交换机管理IP？ Answer： 原因：交换机管理IP输入错误。解决办法：ping 正确的交换机管理IP。如上例，交换机管理IP应为:192.168.129.222 （3）实验中的问题及解决方法 三、总结 本次网络原理课程设计使我意识到了理论与实践相结合的重要意义。从中学习到了如何配置路由器和交换机来实现网络的互联互通，从而实现信息的共享和传递。加深了我对课本上的理论基础知识的理解，同时也汲取了更多的新知识，对我理解计算机网络原理这门课也有很大的帮助。 信息09-1班 陈启祥 金三山 赵大鹏 刘恒 进入大三，各种专业课程的学习陆续展开，我们也在本学期进行了数字信号处理这门课程的学习。 作为信心工程专业的核心课程之一，数字信号处理的重要性是显而易见的。在近九周的学习过程中，我们学习了离散时间信号与系统的时域及频域分析、离散傅里叶变换、快速傅里叶变换、IIR及FIR数字滤波器的设计及结构等相关知识，并且在实验课上通过MATLAB进行了相关的探究与实践。总体来说，通过这一系列的学习与实践，我们对数字信号处理的有关知识和基础理论已经有了初步的认知与了解，这对于我们今后进一步的学习深造或参加实际工作都是重要的基础。 具体到这门课程的学习，应当说是有一定的难度的。课本所介绍的相关知识理论性很强，并且与差分方程、离散傅里叶级数、傅里叶变换、Z变换等数学工具联系十分紧密，所以要真正理解课本上的相关理论，除了认真聆听老师的讲解，还必须要花费大量时间仔细研读课本，并认真、独立地完成课后习题。总之，理论性强、不好理解是许多同学对数字信号处理这门课程的学习感受。 另外，必须要说MATLAB实验课程的开设是十分必要的。首先，MATLAB直观、简洁的操作界面对于我们真正理解课堂上学来的理论知识帮助很大；其次，运用MATLAB进行实践探究，也使我们真正意识到，在信息化的今天，研究数字信号离不开计算机及相关专业软件的帮助，计算机及软件技术的发展，是今日推动信息技术发展的核心动力；最后，作为信息工程专业的学生，在许多学习与实践领域需要运用MATLAB这样一个强大工具，MATLAB实验课程的开设，锻炼了我们的实践能力，也为我们今后在其他领域运用MATLAB打下了基础。 课程的结束、考试的结束不代表学习的结束，数字信号处理作为我们专业的基础之一，是不应当被我们抛之脑后的。 最后感谢老师这几周来的教诲与指导，谢谢老师！ 关键词：数字信号处理 课程考核 改革 中图分类号：G642文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（a）-0241-01 课程考核是教学工作中检查教学效果、巩固学生知识、改进教学方法、保证教学质量和督促教学目标实现的重要手段。但是，目前许多高校实施的课程考核方案却存在着对考核目的认识不足、考核内容笔记化、考核方式单一等问题。该文对《数字信号处理》课程考核方式进行了分析和改革，以此提高该课程教学效果和学生自主创新能力。 1 《数字信号处理》课程考核模式存在的问题 《数字信号处理》是电子信息工程专业学科的专业必修基础课。它涉及到的内容非常广泛，主要包括数字信号的一些基本理论和基本分析方法。通过本课程的学习，学生要掌握数字信号分析的基本理论和基本分析方法，并能理论联系实际处理工程中的问题，尤其是数字滤波器的设计与实现。目前我校《数字信号处理》课程考核成绩是以学生考勤（5%）、课堂作业（5%）、实验课成绩（10%）、期末考试成绩（80%）等四个方面组成的。但通过调查和走访，发现该考核方式存在许多突出问题：绝大多数学生不注重平时知识积累，尤其是这门课程本身数学化，理论化，到了期末考试才忙于背公式，记重点，死记硬背。此外，《数字信号处理》课程教学内容多，教学时间有限，专业性和数学理论知识都较强。因此，如何解决课程考核内容不全面，理论性强，知识难消化、难掌握、理论结合实践等问题，就需要对课程的考核内容和考核方法进行改革[1-6]。力求通过改革培养和激发学生对该课程的兴趣和热情，提高学生对该课程难点的掌握效率，及认识其在整个课程体系中的地位，达到良好的教学目的，完成教学任务，为后续课程的学习打下良好基础。 2 《数字信号处理》课程考核方式改革模式 教学过程中的有效互动和考核方式的科学合理及教授方法的多样性，能有利于教学质量的提高及考核目标的最终达成。 2.1 变传统的先讲授再考核为边讲授边考核 数字信号处理是综合性和理论知识特别是数学知识很强的课程，该课程前小半部分的内容已在前修的信号与系统中涉及过。但数字信号处理是以时域离散信号为处理对象，与连续信号与系统中的计算方法大相径庭。例如，信号与系统中大量用到了积分，而在数字信号处理中就是迭分（累加求和），信号与系统中的微分，在数字信号处理就变为差分等，很多学生很难一下子转变观念。此外，数字信号处理中的DFT，DTFT，FFT三者变换之间的联系和区别更是难中之难。 该课程传统的考核办法常常是先讲授所有的知识点再统一综合考核—闭卷考试。这种方法虽能在最后的考试成绩中反映学生对该课程某些难点和重点知识的掌握，却忽略了数字信号处理知识多样性特点，特别是实际设计部分。因此，在考核时，只顾及所谓的“重点、难点”而舍弃“综合性、多样性”是不够完善的。我们应该每讲解一个独立知识点就进行及时的考核检验，这种边讲授边考核的方式既能更好的检验每位学生对小知识点掌握的深度，又不影响该知识点与整个课程的联系。 2.2 变传统的笔试考核为理论考核+设计实践考核 《数字信号处理》是以课堂理论和设计实践兼顾的课程，如何解决课程理论部分内容综合庞杂，专业性强，信息量过大，理论结合实际设计等是个关键性的问题。通过教师的理论纲要的讲述、课堂训练、实验操作和手工建模的多种教学方法，调动学生学习课程基本知识的积极性，激发学生的设计兴趣和热情，培养和锻炼学生的动手能力和创新思维。在实际设计内容教学中，学生在课堂中的练习和仿真实践是衡量教学效果的重要标准，在此过程中，教师与学生应进行不断的沟通与互动，共同完成设计课题。 然而《数字信号处理》课程教学内容多、时间短，除离散信号与系统的时域、频域、复频域分析外，还重点阐述了数字滤波器设计等的综合性知识，这些都需要学生了解，掌握并能利用MATLAB进行仿真试验。要在课堂教学中完成教学大纲要求的基本知识点的训练和应用有一定难度，教学任务很重。如何在有限的教学时间内完成基本教学内容，又兼顾该门课程的专业性、综合性及工程实践性，同时又能考核学生的对专业难点，横纵向知识点的逻辑掌握是核心关键的问题。 为解决课程教学中的矛盾，在课程考核中，带领学生把部分课堂搬到具体的实际设计中，让学生亲历课程中的理论内容和实际的结合，由此轻松记忆教学中的难点和重点。再从学生“教”和“学”的过程中，从而解决教学中专业性、综合性及实践性的问题，同时亦可解决时间短、教学内容多的问题。 通过上述考核方法和内容的改革，强调知识的实际应用、学生技能的考核，加强学生自主创新和設计能力的培养，从而提高学生自主学习的积极性，特别是针对《数字信号处理》这门课程特点所建立的多样性考核评价体系的实施，真正把考核变成学生学习的动力，培养学生自主创新能力的一个重要环节。 参考文献 [1] 笪强生，翟晶.大学课程考核改革探索性研究[J].出国与就业（就业版），2010（19）：121-122. [2] 李杰，李学军.“数字信号处理”课程考试方式改革的尝试[J].长春大学学报，2013，23（8）：1037-1043. [3] 余颍，肖静，刘树博.数字信号处理课程教学改革的探索和实践[J].东华理工大学学报（社会科学版），2011，30（3）：294-2966. [4] 毛伊敏，钟文涛.《数字信号处理》课程研究型教学方法研究[J].中国电力教育，2008（124）：79-80. [5] 郭继坤，汝彦冬.《数字信号处理》课程教学的改革与探索[J].教育教学论坛，2013（33）：64-65. 关键词：数字信号处理,教学改革,知识网络 数字信号处理 (Digital Signal Processing, 简称DSP) 是一门涉及许多学科而又应用领域非常广泛的新兴学科。随着计算机技术和数字信号处理器件的飞速发展, 数字信号处理的理论和方法得到了广泛的应用, 如在音频处理、图像处理、雷达声纳信号处理等领域都有大量的使用。因此, 越来越多的高等院校开设《数字信号处理》课程作为通信与电子信息类专业学生的一门重要专业基础课。然而, 由于这门课理论性强, 公式推导复杂, 学生常常觉得枯燥难学, 直接影响了他们的学习兴趣, 从而很大程度上降低了课程的教学效果。因此, 为提高学生的学习积极性, 改善该课程的教学效果, 我们对本课程从理论教学与实践教学两个方面进行了有针对性的改革探讨。 1 理论教学改革 1.1 淡化数学推导, 注重概念物理含义的阐述 《数字信号处理》这门课涉及到的公式繁多, 概念抽象。由于大量结论由数学推导方式得到, 学生往往过于注重结论的数学推导过程, 而没有理解各种数学公式所包含的物理含义。针对这种情况, 在概念与公式的讲授中, 要避免通篇繁琐的数学推导, 需要特别强调基本概念、基本原理等方面的物理含义阐述和定性分析。 1.2 采用多媒体与板书相结合的教学方法 由于《数字信号处理》这门课理论性强、概念抽象, 对于学生来讲比较枯燥难学。因此, 考虑利用现代多媒体的教学手段, 将抽象的概念通过动画、声音、图像等方式展现出来, 使学生能够很容易理解概念的内涵。另外, 采用多媒体的教学方式, 还需要与板书这种教学形式相结合。《数字信号处理》这门课数学公式推导较多, 如果省去板书推导, 直接给出结论, 学生接受起来将会很困难。因此, 为了帮助学生对结论的理解和接受, 有必要适当加入板书推导。 1.3 构建知识网络, 建立各知识点之间的联系 《数字信号处理》这门课, 知识点多而复杂, 学生往往对各个知识点之间的联系搞不清楚。实际上, 数字信号处理课程系统性很强, 各个知识点是紧密联系的, 可以通过构建知识网络的方式加强知识点之间的联系。比如:对于离散时间信号分析中介绍的DFS、DTFT、DFT等变换, 通过图1构建的知识网络, 可以使学生理解这几种变换之间的逻辑关系, 便于学生对知识的理解与掌握。 1.4 通过建设网络教学资源, 使教学资源共享化 将课程的教学大纲、教案、习题、课件、参考文献等教学资料在Internet上开放, 实现教学资源共享。通过开设网络辅导、网上课程研讨、网上交付作业与实验报告和优秀作业展示, 建立例题解答范例库和自测试题库等方式, 可以方便学生自学和开展远程教学, 使书本内容与教辅网站的参考资料相结合。教学资源的共享化可以使教学内容的广度和深度得到明显提高, 为学生自主学习提供广阔平台。 2 实践教学改革 2.1 Matlab软件在《数字信号处理》教学中的应用 Matlab (矩阵实验室) 是目前高等院校与科研院所广泛使用的优秀应用软件。为配合数字信号处理课程教学, 在Matlab软件环境上可以进行数字信号处理实验教学平台的开发, 将抽象的理论和概念用易于理解的可视化图形演示给学生看, 通过这种方式, 学生对数字信号处理课程基本概念、基本原理的理解会进一步加深。 2.2 将LabVIEW软件应用于《数字信号处理》教学中 L a b V I E W是美国国家仪器公司 (National Instru-ments, NI) 推出的一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程软件。在数字信号处理教学中, 利用LabVIEW软件自带的信号处理套件, 学生只需要拖放图形控件, 便可轻松快捷地开发出人机界面友好、操作方便的应用程序, 将书本上理论性较强的知识转换成直观的图形, 从而加深学生对理论知识的理解, 提高他们的学习兴趣。 2.3 CCS软件在《数字信号处理》实践教学中的应用 CCS是美国得州TI公司推出的DSP系统的一种开发软件, 是目前使用最为广泛的DSP开发软件之一。在实践教学中, 基于DSP技术在CCS开发环境下可以实现数字信号处理的理论与算法, 观察其动态仿真过程, 并可以将调试好的算法代码下载到DSP芯片中运行。采用CCS软件开发DSP实验, 既可以加强学生对数字信号处理基础的掌握, 又可以锻炼学生的工程实践能力, 达到理论与实践的有机结合。 3 结语 《数字信号处理》作为电子信息类专业的重要基础课, 普遍被学生认为是难点课程。为获得较好的教学效果, 结合学校实际情况, 对该课程在理论教学和实践教学两个方面进行了改革的探索与尝试。在理论教学中, 通过现代多媒体的教学手段, 使学生透彻理解各个知识点及其物理内涵, 并通过构建知识网络的方式建立各个知识点之间的联系, 便于学生对知识点的理解与掌握。另外, 通过建设网络教学资源, 使教学资源共享化, 以方便学生进行自主学习。在实践教学中, 采用matlab、labview等仿真软件对教学过程进行优化, 可以加深学生对理论知识的理解。另外, 采用CCS软件开发DSP实验, 可以锻炼学生的工程实践能力, 达到理论知识向实践能力的转化。通过理论与实践两个方面教学改革的探索, 学生的学习兴趣得到了普遍的提高, 该课程的教学效果也得到了很大程度的改善。 参考文献 [1]胡广书.数字信号处理[M].北京:清华大学出版社, 2003. [2]候国屏, 王珅, 叶齐鑫.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计[M].北京:清华大学出版社, 2005. 数字信号处理 姓名： 殷超宇 班级： 14060142 学号： 1406014226 实验题目：Z Z 变换及离散时间系统分析 指导教师： 张志杰 分数： 一 实验题目： Z 变换及离散时间系统分析 二 实验目的： 1、通过本实验熟悉 Z 变换在离散时间系统分析中的地位和作用。 2、掌握并熟练使用有关离散系统分析的 MATLAB 调用函数及格式，以深入理解离散时间系统的频率特性。 三 实验内容： 给定系统)8.0 /(2.0)(2 z z H，编程并绘出系统的单位阶跃响应 y(n),频率响应)e(jwH，并给出实验数据与代码。 四 参考代码： 详见《数字信号处理上机实验指导》(班群里有) 五 实验代码（代码从 B MATLAB） 软件复制粘贴于此处，教师检查重点）: : clear; x=ones(100);% x(n)=1,n=1~100； t=1:100;% t 用于后面的绘图； b=[0,0,-0.2];% 形成向量 b； a=[1,0,0.8];% 形成向量 a； y=filter(b,a,x);% 求所给系统的阶跃响应； plot(t,y,“k-”);grid on; ylabel(“ y(n)”) xlabel(“n”) 六 实验数据（图像或表格复制粘贴于此处，教师检查重点）： 七 实验心得与收获（可手写）： 摘要：针对《数字图像处理》这门课程具有学科跨度大、理论性强、实用性广的特点，并结合学生的实际情况，对课程的教学模式进行了探讨。首先，根据选用教材内章节之间的联系，把各章的知识点结合在一起，实现对教学内容的有效整合。其次，针对教材理论性强的特点，在讲授时通过与实际的案例进行结合，激发学生的学习兴趣。最后，通过实践加深对理论知识的理解，同时也培养了学生的独立思考能力和创新能力。 关键词：数字图像处理；教学内容；教学模式；教学效果 中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）13-3060-04 Discussion on Teaching Method for Digital Image Processing QIN Hua-feng1，WANG Xing-qiong2，KANG Qiu-hong1 （1.School of Computer Science and Information Engineering，Chongqing Technology and Business University，Chongqing 400067，China； 2.Chongqing Banan Middle School，Chongqing 400054，China） Abstract： As the digital image processing has the large discipline span，strong theory，wide application，this paper discusses the teaching method based on the actual situation of students.Firstly，the knowledge is combining based on the relation among different chapters，which can integrate the teaching contents effectively.Then the students’ interest is aroused in the teaching process using actual case.Finally，the student can understand the theory clearly.At the same time，theirs independent thinking and innovation ability can be improved.Key words： Digital image processing； Teaching content； Teaching mode； Teaching effect 概述 数字图像处理诞生于20世纪50年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。直到20世纪60年代初期数字图像处理才发展成为一门学科。美国喷气推进实验室首次将数字图像处理实际成功应用到对几千张月球照片的处理，并利用计算机对处理后的图像进行分析，成功地绘制出月球表面地图。数字图像处理取得的另一个巨大成就是在医学上获得的成果。当前图像处理技术在工业自动化、工业检测、医学、遥感探测等各个方面都发挥着十分重要的作用[1]。 《数字图像处理》[2，3]是集成计算机科学、电子学、信息论、光学、数学等学科的一门综合性学科。本课程是空间信息工程系、摄影测量与遥感系开设的必修的专业基础课之一。它的起点高、难度大，理论性很强。学生在学习时，普遍感到数字图像处理的概念抽象，对其中的分析方法与基本理论不能很好地理解与掌握。如何提高学生对数字图像处理技术的学习兴趣，以及学生的图像处理技术的应用能力，是数字图像处理课程建设、课程改革的重要内容。现就接合自身在数字图像处理领域多年的研究经历以及教学经验，并根据学生的反馈信息，对该课程的教学模式进行了探索，希望有助于提高教学效果和教学水平；知识点的整合 数字图像处理涉及到的知识点繁琐，但是通过有效的整合可以使得教学体系前后连贯，教学内容较为紧凑，同时使得学生理解起来更为容易，思路更加清晰。如以清华大学出版社的出版的《数值图像处理和分析》为例，全书一共11章。根据教材内容的前后联系和学生的知识背景，对教学内容进行了整合，如表1所示。前面的第一、二章是介绍数值图像处理的概念，这部分可以引导学生自学。原书第三、五、六章主要利用各种变换来图像质量的改善。第四章是图像的编码与压缩，主要是实现对图像的存储和传输。七、八、九章的内容主要是图像的特征的提取和分类。最后两章是数值图像处理在数字水印和车牌识别方面的应用，可以利用两个专题讲座的形式来进行授课。经过整合，把所有的内容分成了三个教学模块，使得教学更加紧凑，条理清晰，学生理解起来也更容易。 表1 教学内容的整合[整合前内容＼&整合后内容 章节的调整 整合＼&绪论＼&绪论＼&引导学生自学＼&数字图像的表述与处理＼&数字图像的表述与处理＼&图像增强＼&图像增强＼&图像质量的改善 ＼& 数字图像处理的方法＼&图像的编码与压缩＼&图像复原＼&图像复原＼&图像重建＼&图像重建＼&图像的编码与压缩＼&图像的存储和传输。＼&图像分割技术＼&图像分割技术＼&图像特征的提取与分类＼&图像的特征提取与分析＼&图像的特征提取与分析＼&图像的匹配与识别＼&图像的匹配与识别＼&基于MATLAB数字水印系统设计＼&基于MATLAB数字水印系统设计＼&专题讲座＼&车辆牌照识别系统设计＼&车辆牌照识别系统设计＼&] 基础理论知识 3.1 案例教学 案例教学是通过一个具体教育方式来实现场景的重现，引导学生对这些特殊情景进行讨论和分析，加深学生对知识点的理解，培养学生积极学习兴趣和创新力的一种教学方法[3]。数值图像处理涉及到微积分、偏微分、小波分析、矩阵论、信息论预编码等数学知识。因此，需要学生有一定的数学基础，然而工科的学生的数学基础普遍较差，单从理论方面来进行讲解学生很难理解和掌握。幸运的是，虽然这门课程设计的数学知识面广，但是这些知识都具有较强的应用背景，如果在授课的过程中能够结合实际的例子来进行分析能，就可以使得复杂的数学知识变得简单易懂，学生掌握起来也更加轻松。例如，信号可以按它的频率分为高频信号和低频信号。那么什么是信号的频率以及怎么判断高频信号和低频信号，在授课过程中应给以详细的解释，最后举一个例子如给出如下一幅雷娜图像。图中的帽子上纹理灰度值变化较快，所以就是高频部分[4]。而脸部灰度值比较平滑（变化较慢），所以是低频部分。 图1 雷娜图像 3.2 内容的适度延伸 在当今的世界，知识的更新是很快的。目前大部分知识的载体是书籍、报刊、杂志。在这几种重要载体中书籍的知识更新度是最慢的，然而现在上课用的课本基本上都是以书籍的呈现形式。因此如何把书本上经典而滞后的知识和该领域最新的研究成果联系起来是非常关键的。一方面，可以使得知识具有连贯性，使得学生更容易系统的掌握；另一方面，以拓宽知识面和提高学习的积极性。所以尝试性的要求学生查阅相关资料，了解本领域的研究进展是有必要的。 在教学过程中，除了常规的讲解书本上的理论知识外，将其中部分内容适当整理后，以课堂讲座形式开展，并对相关知识作适当的补充和延伸[5]，使知识更系统化，立体化。例如，在讲授图像质量的改善方法的内容时，会经常用到各种图像变换的方法，如傅立叶变换[6]、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理[7]。其优点在于不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理。当学生掌握了各种基本变换方法后，可以引入小波变换方法，并介绍小波变换原理以及与经典变换方法的相似性。然后，给出小波变换的优势即在时域和频域中都具有良好的局部化特性。如果学生有兴趣的话，可以介绍在小波变换的基础上进一步发展得到的脊波变换，并通过一些图像例子来加深理解，如图 2、图3和图4所示。这样的讲授不仅可以让学生更系统的理解各种变换理论而且通过研究整个理论体系的发展可以激发学生的兴趣和创造性。实践教学 实践教学是教学课程的重要组成部分，它是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径，是培养具有创新意识的高素质工程技术人员的重要环节，是理论联系实际、培养学生的独立思考和创新能力的重要平台[8]。相对于理论教学而言，实践教学是教学过程中最薄弱的环节。为了有效提高实践教学，根据学生的实际情况对相关的实验内容的选取进行了相应的改革。 4.1实验准备 考虑到电子信息专业的同学不同于计算机专业，没有开设VC 课程，但开设了MATLAB 课程，已经掌握了MATLAB 的一些基本编程能力，另外，MATLAB 软件为数字图像处理提供了功能丰富的图像处理工具箱。它集成了一系列支持图像处理操作的函数。涵盖了图像处理的几乎所有的技术方法，是学习和研究图像处理的人员的宝贵资料和加工工具。因此，选取计算能力强的MATLAB软件作为教学软件是必要的。此外，还需要准备实验所需的图像。 4.2 实验内容 实验内容的选取也是相当关键的。根据学生掌握知识的能力以及知识的前后衔接关系，选择图像变换、增强、分割、特征提取和识别等作为实验内容。然后根据知识点的难易程度分为基本实验、开放型实验和演示实验。这样具有一定的层次感，使得学生接受起来较为容易。例如，对于傅里叶变换的实验，首先要求学生能够对图像进行傅里叶变换，并分析变换后的图像以及其逆变换后重构图像；当在这个试验中掌握了傅里叶变换后，再安排图像频域增强等实验。 4.3 实验内容拓展 通过理论知识的讲解以及基本实验的实施，学生能够较好的理解所学的知识，且能够将所学的知识应用于处理一幅具体图像。为了进一步培养学生独立思考和创新的能力，需要为一些有兴趣的学生提供一些参与教师科研项目的机会。例如通过课程设计的形式来为他们积累一些实践经验以及培养他们的创新能力。通过学生的积极参与，一方面，加深了对所学专业知识的理解，另一方面培养学生的学习兴趣和创新能力。结论 本文针对计算机、影像各专业对图像处理的要求和数字图像处理本身的特点，充分结合我校学生的实际情况，对《数字图像处理》课程的教学进行的尝试性的改革和探索。通过对教学内容的整合，使得教学内容更紧凑和调理更清楚。在理论知识的传授方面，结合了案例教学法和教学内容延伸法来进一步提高学生的学习兴趣和能力。最后，利用教学实践来巩固所学知识，增强学生的创造力。随着时代的发展以及知识的快速更新，对教学提出了新的要求。作为教学主体的教师，需要不断的地学习新的知识，总结教学经验，不断地探索和尝试新的教学方法才能与时俱进。 参考文献： [1] 冈萨雷斯.（阮秋琦，阮宇智等）数字图像处理（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2003.[2] 章毓章.图象处理和分析[M].清华大学出版社，2002.[3] 黄果，秦红英，许黎，等.浅谈数字图像处理课程教学改革[J].计算机光盘软件与应用，2013，3（7）：280-281.[4] 王旭初，潘银松.《数字图像处理》实验的课题驱动式教学探索[J].电脑知识与技术，2010，34（6）：9810-9811，9818.[5] 王雪.图像处理教学中如何培养学生的行业素质[J].长春教育学院学报，2013，29（1）：145，157 【中南大学《数字信号处理》课程设计报告】推荐阅读： 武汉大学数字信号处理10-03 扬州大学网络课程设计报告08-11 中南大学新生必备06-27 中南大学论文材料08-22 中南大学招生说明06-15 中南大学基础英语下06-21 中南大学学生行为系统06-26 中南大学硕士毕业要求06-28 中南大学工程地质06-30 中南大学网络教室10-192.中南大学《数字信号处理》课程设计报告 篇二
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