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DSP教學實驗室建設方案書_創(chuàng)龍教儀
日期:2023-07-24
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一、DSP 實驗室建設背景
1.1 實驗室建設必要性
根據(jù)《教育部關于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》(教高〔2012〕4號)精神和《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》要求,“深度融合,引領創(chuàng)新”是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內(nèi)容。
建立嵌入式DSP實驗教學系統(tǒng),利于改變傳統(tǒng)教學“重教有余,重學不足”的模式,有助高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng),并達到教學大綱所要求的教學目的。
DSP數(shù)字信息處理技術(shù)以及數(shù)字信號處理器在通訊、數(shù)字影音領域的應用越來越普及。數(shù)字信號處理器具有靈敏、快速、低功耗和可編程等優(yōu)點,自它問世以來,得到了廣泛的應用。
目前,在語音語言處理、信號處理、圖像處理、測量分析等領域,DSP技術(shù)的身影隨處可見。
高校建設滿足DSP嵌入式教學需求的實驗平臺,有助于推動當今形式下教學的改革,有助于提高學生的專業(yè)技能與專業(yè)素養(yǎng),培養(yǎng)出符合地方經(jīng)濟和社會發(fā)展的應用型和實用型人才;此外,實驗平臺的建設,也為教師提供了教學平臺和科研平臺,推動教學和科研工作的開展。



1.2 DSP 技術(shù)概述
數(shù)字信號處理,簡稱DSP(digital signal processor是一種獨特的微處理器,是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號,轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號。再對數(shù)字信號進行修改、刪除、強化,并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字數(shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。
DSP不僅具有可編程性,而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復雜指令程序,遠遠超過通用微處理器,是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度,是最值得稱道的兩大特色。
DSP有自己的完整指令系統(tǒng),是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。由于它運算能力很強,速度很快,體積很小,而且采用軟件編程具有高度的靈活性,因此為從事各種復雜的應用提供了一條有效途徑。其主要應用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。
DSP優(yōu)勢在于其有獨特乘法器,一個指令就可以完成乘加運算DSP的數(shù)據(jù)處理能力突出,有乘法器和除法器,可以在一個指令周期內(nèi)完成乘法指令和除法指令,具有強大的數(shù)據(jù)處理能力和較高的運算能力。
美國德州儀器(Texas Instruments,TI)是世界上最知名的DSP芯片生產(chǎn)廠商,其產(chǎn)品應用最廣泛并且市場占有率高,其生產(chǎn)的TMS320系列DSP芯片已廣泛應用于各個領域。
DSP是嵌入式解決方案的核心,DSP微處理器作為一種可實現(xiàn)智能應用的載體,其相關軟硬件開發(fā)資源為嵌入式實踐提供了方案支撐。



1.3 DSP 教學需求
數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing),簡稱DSP,是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科,它是多學科交叉并相互融合的基礎上發(fā)展起來的一門學科。立足于電子類專業(yè)知識培養(yǎng)體系,通過建立支撐專業(yè)需要的嵌入式DSP實驗室,可以對學生基礎知識的掌握、綜合素質(zhì)的提高和應用創(chuàng)新能力培養(yǎng)起到較為重要的作用。
目前,許多院校先后建立了不同規(guī)模的實驗室,目前大部分嵌入式DSP實驗室都存在以下問題:


1、DSP是一門多學科融合的學科,既要兼顧DSP項目的軟件開發(fā)和算法設計,還要關注DSP的硬件開發(fā)和電路設計。完整的項目開發(fā)對兩者缺一不可。
2、學校實驗室現(xiàn)有的軟硬件環(huán)境無法覆蓋全面,無法實現(xiàn)準確高效實現(xiàn)項目開發(fā)。
3、DSP開發(fā)更注重于基于已有開發(fā)板如何快速入門上手,從而更專注于實現(xiàn)系統(tǒng)程序和高度優(yōu)化的算法模塊。但目前大部分的指導教學都缺乏零基礎入門的指導。
4、基礎的教學案例無法滿足高??蒲械男枨?。




針對以上問題,創(chuàng)龍為高校提供了豐富的教學實驗和開發(fā)例程,以及相應的視頻教程,讓高校能夠輕松教學和科研。產(chǎn)品設計及使用上具有以下特點:


1、創(chuàng)龍的嵌入式實驗箱在硬件上引出 CPU 全部資源信號引腳,二次開發(fā)極其容易,用戶只需要專注上層運用,降低了開發(fā)難度和時間成本。
2、創(chuàng)龍的嵌入式實驗箱配備了開發(fā)過程中所需的所有配件和完整的平臺開發(fā)包,節(jié)省軟件整理時間,同時提供軟件安裝教程,上手容易。
3、提供的入門教程實驗指導手冊包括實驗目的、原理、步驟及源碼解析等,注重實驗的過程,內(nèi)容詳實且豐富,可以幫助學生打好專業(yè)基礎,快速入門上手,也有利于教師教學計劃的開展。
4、提供項目資源,包括完整的平臺開發(fā)包,200個以上的例程,滿足高??蒲械幕A需求。還包含核心板引腳定義、可編輯底板原理圖、可編輯底板 PCB、芯片 Datasheet,縮短硬件設計周期。
5、除了提供豐富的 Demo 程序,還提供全面的技術(shù)支持和中文數(shù)據(jù)手冊,協(xié)助進行底板設計和調(diào)試以及 DSP 軟件開發(fā)。




二、建設目標
2.1 適用課程
數(shù)字信號處理DSP是以眾多學科為理論基礎的,它所涉及的范圍極其廣泛。例如,在數(shù)學領域,微積分、概率統(tǒng)計、隨機過程、數(shù)值分析等都是數(shù)字信號處理的基本工具,與網(wǎng)絡理論、信號與系統(tǒng)、控制論、通信理論、故障診斷等也密切相關。
近來新興的一些學科,如人工智能、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡等,都與數(shù)字信號處理密不可分??梢哉f,數(shù)字信號處理是把許多經(jīng)典的理論體系作為自己的理論基礎,同時又使自己成為一系列新興學科的理論基礎。
C6000 DSP嵌入式實驗箱的適用課程主要包括《數(shù)字圖像處理》、《數(shù)字信號處理》、《DSP原理與應用》等課程。



2.2 適用專業(yè)
C6000 DSP嵌入式實驗箱主要面向電子信息工程專業(yè)方向,同時也可適用于通信工程、電子科學與技術(shù)、光電信息工程、計算機科學與技術(shù)、自動化等專業(yè)教學。
C6000系列的DSP可以滿足控制、通信、信號等領域的應用需求,能夠處理包括視頻、圖像、語音、弱信號等類型的數(shù)據(jù),可應用于機器視覺、智能電力系統(tǒng)、航空電子、高性能計算、音視頻編解碼、生物識別、汽車電子、高精度儀器儀表等領域。



2.3 預期目標
DSP 嵌入式實驗室建設擬達成的預期教學培養(yǎng)目標如下:


學生掌握嵌入式DSP編程語言應用;
學生掌握DSP的CCS軟件開發(fā)方法;
學生掌握DSP的數(shù)字信號處理器接口與應用方法;
學生掌握嵌入式DSP數(shù)字信號處理器的硬件系統(tǒng)設計。




三、創(chuàng)龍優(yōu)勢
3.1 企業(yè)介紹
創(chuàng)龍科技(Tronlong)始創(chuàng)于2013年,是國內(nèi)領先的嵌入式產(chǎn)品平臺提供商,業(yè)務主要涵蓋工業(yè)核心板、工業(yè)評估板、項目服務,總部位于廣州科學城,下設獨立運營的教儀事業(yè)部,并在北京、上海、深圳、西安等地設有業(yè)務及技術(shù)服務中心。
創(chuàng)龍科技專注于ARM、FPGA、DSP多核異構(gòu)技術(shù)開發(fā),是TI、Xilinx中國官方合作伙伴,產(chǎn)品線覆蓋TI、Xilinx、NXP、全志、瑞芯微、紫光同創(chuàng)等廠商處理器平臺,產(chǎn)品廣泛應用于工業(yè)自動化、儀器儀表、能源電力、通信、醫(yī)療、安防等行業(yè)。
創(chuàng)龍科技始終致力于打造高品質(zhì)工業(yè)核心板,以“提供高可靠性產(chǎn)品”、“快速響應需求”、“有效解決問題”為三大服務宗旨,已成功幫助超過12000家工業(yè)客戶完成產(chǎn)品的快速開發(fā)與上市。
創(chuàng)龍教儀為廣州創(chuàng)龍電子科技有限公司(創(chuàng)龍科技,TI、Xilinx官方合作伙伴)旗下獨立運營品牌,作為嵌入式教學平臺提供商,始終致力于DSP、ARM、FPGA實驗室快速建設。
創(chuàng)龍教儀教學平臺以“易用性”著稱,已為全國高等院校成功建設超過300個實驗室,同時與多家院校共同創(chuàng)建TI、Xilinx聯(lián)合實驗室,總部設立在廣州科學城,并在北京、上海、深圳、西安等地設有業(yè)務及技術(shù)服務中心。


3.2 服務體系
創(chuàng)龍教儀通過一個全方位、多維度的服務體系,使服務能夠更精準地匹配客戶的需求,更及時地解決客戶的問題,更有效地幫助客戶實現(xiàn)價值。


售前服務一對一客戶經(jīng)理服務
提供課程開展協(xié)助
提供免費樣機試用
售后服務產(chǎn)品資料永久更新
一對一在線技術(shù)支持
上門培訓
保修服務3年產(chǎn)品保修期
72h產(chǎn)品快速檢修




3.3 學習資源
創(chuàng)龍教儀提供產(chǎn)品的配套推薦教材以及課外的學習資源,課外學習資源包括在線視頻學習網(wǎng)站和公眾號。
創(chuàng)龍教儀官方嗶哩嗶哩賬號:創(chuàng)龍教儀,可提供教學視頻上傳、視頻觀看、資料下載、技術(shù)交流等功能。囊括了豐富的學習資源,致力于營造最活躍的嵌入式學習社區(qū),可供學生課后自我學習提升。


四、C6000 DSP圖像處理教學平臺
4.1 產(chǎn)品特點
TL6748-PlusTEB 是創(chuàng)龍一款基于 TI TMS320C6748 的定點/浮點 DSP C674x 新型嵌入式教學實驗箱,提供了豐富的教學實驗、開發(fā)例程以及相應的視頻教程,適合高校以及研究所等實驗機構(gòu)。




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其中,C6748-DSP是一款具備浮點和定點數(shù)據(jù)格式的低功耗、實時信號處理引擎的處理器。芯片設計和開發(fā)特點主要是高效的浮點和定點信號處理以及系統(tǒng)低功耗。主要用于音頻設備、專用移動無線電、工業(yè)自動化、機器視覺、生物特征識別、便捷式醫(yī)療設備醫(yī)療設備等。
德州儀器(TI)推出的具有無與倫比連接選項與定點和浮點功能TMS320C6748處理器,這是業(yè)界功耗最低的浮點數(shù)字信號處理器(DSP),可充分滿足高能效、連通性設計對高集成度外設、更低熱量耗散以及更長電池使用壽命的需求。
它結(jié)合了一系列獨特的應用優(yōu)化特性和外設,能顯著降低工業(yè)、通信、醫(yī)療診斷和音頻等多種產(chǎn)品的總體系統(tǒng)成本。對諸如測量測試、公共安全無線電、音樂特效以及智能家居傳感器等需要高速數(shù)據(jù)傳輸和高容量存儲的應用而言,它不僅具備通用并行端口(uPP),同時也是TI首批集成串行高級技術(shù)附件(SATA)的器件。
處理器主頻高達456MHz,可通過動態(tài)電壓與頻率縮放(DVFS)及多種省電模式管理片上電源,可與所有TMS320C6000器件實現(xiàn)代碼兼容, CPU的資源框圖如下所示:


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TL6748-PlusTEB的產(chǎn)品特點
基于TI TMS320C6748定點/浮點DSP C674x處理器,主頻456MHz,高達3648MIPS和2746MFLOPS的運算能力;
實驗箱采用核心板+底板結(jié)構(gòu),含工業(yè)級TMS320C6748 DSP核心板、實驗底板、DSP仿真器、7 寸LCD電阻觸摸屏和CMOS數(shù)字攝像頭模塊,可選模擬攝像頭模塊;
實驗箱標配7寸可觸摸電阻屏,可選10寸可觸摸電阻屏,支持RS232、RS485、VGA、SD、SATA、USB、USB OTG、EMIF、VPIF、SPI、I2C、ADC、DAC、音頻輸入輸出、百兆以太網(wǎng)口、RTC 座、步進電機、直流電機(有刷和無刷二選一)、4*4 矩陣鍵盤、蜂鳴器、交通燈、數(shù)碼管等接口;
實驗底板上板載波形發(fā)生器,采用AD9833芯片,可輸出三種波形:正弦波、方波、三角波;
實驗板上支持安裝可拆卸亞克力保護板,保護實驗電路;
工業(yè)級核心板,尺寸僅 55mm*33mm,主板采用精密工業(yè)級 B2B 連接器,可用于科學研究、畢業(yè)設計、電子競賽、產(chǎn)品開發(fā)使用;
適用于圖像處理、音頻處理、信號處理、通信、測控、自動化等教學領域。




4.2 硬件參數(shù)



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