上海交通大学生物医学工程学院硕士课程内容介绍《高性能数字信号处理器以及在生物医学工程中的应用》

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上海交通大学免费考研网/2012-12-29

《高性能数字信号处理器以及在生物医学工程中的应用》

课程代码	X082021	学分/学时	3.0/48	开课时间	秋
课程名称	高性能数字信号处理器以及在生物医学工程中的应用
开课学院	生物医学工程学院
任课教师	牛金海
面向专业	生物医学仪器，医学信号处理与实现，医学图像处理与实现
预修课程	《微机原理》或者《嵌入式单片机系统》，《C语言》，《数字信号处理》

课程讨论时数

4 (小时)

课程实验数

16 (小时)

课程内容简介

DSP在生物医学工程领域的应用无处不在，比如大型的医疗设备，MRI，X-RAY CT，数字B超中复杂的图像处理，数据处理，算法实现都离不开高性能的DSP；此外大部分的医疗科研设备也离不开DSP的应用。在生物医学工程学院开设这门课具有重要意义。同时，我们实验室有美国德州仪器的全力支持，提供全世界最先进的DSP实验平台，对于学科发展以及本学科的学生都是不可多得的宝贵资源。本课程的性质是应用与实践很强的一门课程，帮助生物医学工程学院的研究生了解掌握世界最先进的数字信号处理技术，并将书本上学到的数字信号处理技术，进行实际应用，特别重视在生物医学工程领域的应用，为将来工作与科研打下基础。DSPs芯片自20世纪80年代初诞生以来，在短短的十多年时间内得到了飞速发展。随着DSPs芯片性价比和开发手段的不断提高，DSPs已经在社会生活各个领域得到广泛应用。除了通信、网络、雷达等领域外，近来DSPs也在生物医学仪器，医学图像处理，医学信号处理，马达控制、数码相机、助听器等很有潜力的市场不断拓展。教学内容和基本要求Texas Instruments 的TMS320C系列DSPs所带来的新的系统设计方法使得传统的基于硬件设计变为基于软件设计，TMS320C的开发工具则能够很好地支持这一设计思想，并充分利用高度并行的VLIW结构。其中C6000/C5000的C编译器的效率可达80%以上，创新的线性汇编语言和C6000/C5000汇编优化器配合使用，可使代码效率达95%以上，同时编程工作量也成倍降低。Code Composer StudioTM是TI在DSPs业界首次推出的软件集成开发环境，它能够有效提高代码效率和降低开发难度，将应用产品的上市时间大大缩短。培养学生，1、将理论知识与实践相结合的能力；2、培养学生上机与实验的动手能力；3、培养学生学习Datasheet，参考手册，等自学能力；4、培养学生对DSP的兴趣等。5、培养学生，将DSP技术应用到生物医学工程领域，包括先进医疗仪器的开发，试验平台建设等。

课程内容简介（英文）

(无)

教学大纲

(无)

课程进度计划

本课程从介绍基本原理、硬件结构、软件资源入手，结合外围接口的一些基本实验如：FIR滤波器实验、无限脉动响应滤波器、以及数理分析方法快速傅立叶变换（FFT）在DSP中的应用。本课程是TMS320C6000/C5000DSP的基础课程，重点介绍C6000/C5000 DSP芯片的硬件架构，汇编以及C语言编程，CCS 集成开发环境使用等内容，具体包括：第一部分：理论基础篇第一讲 DSP 技术综述（4学时）1.1 DSP 的发展历程1.2 DSP 的功能特点1.3 DSP 的应用领域1.4 DSP 的设计流程1.5 DSP 的各种类型和应用特点第二讲 TMSC5000系列DSP （6学时）1.1 TMS320VC5402功能和结构1.2 兼容性1.3 TMS320VC5402 管脚1.4 片内资源1.5 TMS320VC5402 指令集1.6 引导方式1.7 基于 TMS320VC5402 的数据采集板第三讲：TMS320C600DSP的硬件架构（6学时）1、C6000系列DSP概述2 C6000 DSP芯片的硬件架构3 核心处理器MCU，4 寄存器以及memory，数据总线，5 HPI，EDMA，McBSP等外设概述；第四讲：CCS 集成环境的使用（4学时）1 CCS 编辑环境使用2 代码编译，调试3 代码效率的统计与优化4 通用扩展语言使用（GEL）5、线性汇编、C、ASM以及混合编程第五讲：DSP/BIOS 实时操作系统（6学时）1 DSP/BIOS 概述2 Trace 工具的使用3 HWI，SWI等多线程5 TASK IDLE等多线程第六讲：TMS320C600DSP的外部设备以及扩展技术（6学时）1 DSP外设概述； 2 GPIO 原理以及应用3 DMA 原理以及应用 4 HPI 原理与应用5 EMIF 原理与应用6其他外设（McBSP等）的原理与应用第七讲：嵌入式技术的最新进展（2学时）第二部分实验实践篇-数字信号处理算法在DSP中应用的实验课（16学时）1、发光二极管阵列显示以及模数转换实验实验目的：（1）通过实验学习使用5416 DSP 的扩展I/O 端口控制外围设备的方法，了解发光二极管阵列的控制编程方法。(2) 掌握A/D 转换的基本过程；(3)熟悉ICETEK-VC5416-A 板上使用ADS7864 技术指标和操作方法。2、数模转换以及卷积实验实验目的：(1)了解数模转换的基本操作；(2)了解ICETEK-VC5416-A 板扩展数模转换方式；(3)掌握数模转换程序设计方法。(4)掌握用窗函数法设计卷积算法的原理和方法；(5)熟悉卷积算法特性；(6)了解各种窗函数对卷积算法的影响。3、快速傅立叶变换以及有限波冲激响应滤波器实验实验实验目的： (1)掌握用窗函数法设计FFT 快速傅里叶的原理和方法;(2)熟悉FFT 快速傅里叶特性;(3)了解各种窗函数对快速傅里叶特性的影响；(4)掌握用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法;(5)熟悉线性相位FIR 数字滤波器特性;(6)了解各种窗函数对滤波器特性的影响。4、CCS3.3编译环境上机以及C，ASM以及混合编程试验实验目的：（1）掌握CCS3.3嵌入式开发环境的使用；（2）学会建立新的工程，编译，连接，download，debug等操作；（3）学会用C，ASM，以及线性汇编以及多种语言混合编程。5、GPIO扩展LED 试验以及BIOS实时操作系统实验目的：（1）掌握C6000的IO扩展技术；（2）掌握BIOS中个硬件中断，软件中断，TASK，IDLE等线程的使用；（3）掌握线程之间的同步等。6、EDMA 以及定时器以及 audio codec音频信号处理实验目的：（1）掌握常用的外部设备DMA以及timer的原理，配置以及使用；（2）熟悉DSK上的音频接口的配置与使用；7、医学信号/图像以及视频信号在C6000平台上的处理实验目的：（1）在仿真环境下，学会用CCS仿真处理一般的医学信号以及医学图像；（2）了解视频信号的输入输出；第三部分：应用实例篇1、DSP在生物医学工程中的应用2、基于 TMS320VC5509 的便携式耳声发射检测仪3、基于DM6437的POCT检测生化分析仪本课程以丰富的实例，接近实际应用。本课程适用于从事与DSP技术相关专业的研究生选修。主要的专业包括生物医学工程，电子、信息、电机等专业的。实验（上机）内容和基本要求上机实习的内容：1、学习使用CCS集成开发环境，学会用CCS编辑，编译，执行，调试代码。2、学习使用C6000/C5000DSP汇编指令，学会用汇编，线性汇编，C语言，以及C与汇编混合编程，并学会对代码的优化。3、学习DSP BIOS实时操作系统，学习掌握HWI，SWI，TASK，IDLE等线程4、在DSK上完成FFT，FIR，IIR医学信号，医学图像处理等例程的运行与测试

课程考核要求

1、课堂交流 20%2、作业 30%3、实验30%4、笔试 20%

参考文献

1、Dr. Naim Dahnoun. 参考课件《DSP implementation using the TMS320C6000》出版时间2006年2、《TMS320C6000系列DSPs的原理与应用设计》作者：任丽香，马淑芬，李方慧，出版社：电子工业出版社，出版日期：2000年7月