首页 -> 2008年第9期
数字电视实验装置研制与学生科研能力培养
作者：陈耀华
[关键词]数字电视传输流（TS）科研能力 创新能力
教育部在《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》中指出，“积极推动研究性教学，提高大学生的创新能力。”以培养学生全新的创造性思维，结合电子与通信本科专业的培养目标，笔者结合数字电视实验室的实验教学经验和科研资源，研制了基于NDK的数字电视传输流（TS）网络采集系统，并挑选学生参与整个系统的研制工作。
（一）实验装置介绍
本实验装置包括硬件及软件两部分。
系统的硬件主要通过传输流（TS）接口模块采集数字电视信号进入PLD（CYCLONGY EP1C6Q240C8）芯片，进行必要的处理后，将信号发送到DSP（TMS320DM643）芯片储存起来并进行算法处理。通过TMS320DM643芯片对BCM5221芯片进行必要的配置，将储存在TMS320DM643芯片内的数据通过BCM5221芯片传送到局域网中，并通过计算机接收数据。具体如图1所示。
系统的软件设计主要是通过TI公司推出的专门针对C6000系列的TCP/IP网络开发包NDK（Network Developer’s Kit）来实现的。该开发包支持TCP/IP协议，并占用较少的系统资源。所以，NDK很适合目前嵌入式系统的硬件环境，是实现DSP网络开发的重要工具。系统软件的框图如图2所示。
本文提到的数字电视传输流（TS）信号源是针对欧洲数字有线广播系统标准（DVB-C）的数字有线电视信号。
（二）围绕专业课程建立科研课题
基于NDK的数字电视传输流（TS）网络采集系统的科研课题是针对电子与通信专业课程培养体系确定的。为了培养学生的实际应用能力和创新能力，达到“学习数字电视专业课程”的实验教学目的，我们在装置的研制开发过程中涉及到了电子与通信专业的大部分课程知识，其中，传输流接口模块主要由教师完成。硬件电路的设计主要包括PLD模块电路、DSP算法控制电路与网络接口电路三个部分：
1.PLD模块电路实现与传输流（TS）接收模块的接口，把数据从传输流（TS）接收模块接收进来，并缓存数据。这部分功能均由VHDL语言编写。主要有两个功能模块：RECEIVE模块与FIFO模块。RECEIVE模块主要负责从传输流（TS）接收模块接收数据字段进来；FIFO模块主要负责缓存数据。此功能模块实现是《EDA技术与应用》课程中的知识，要设计这部分电路，学生必须对VHDL语言和EDA技术有比较深入的理解，并能结合《数字电子技术》进行电路设计与调试。
2.DSP算法控制电路主要实现从PLD模块接收传输流（TS）数据包，把数据包打包成TCP/IP格式，并实现对网络接口（BCM5221）控制模块的初始化，然后把数据包传送到网络模块。学生需要应用《数字信号处理》、《信号与系统》、《计算机接口技术》和《DSP技术与应用》等专业知识进行电路设计。
3.网络接口电路采用Broadcom公司的BCM5221作为10/100Base-TX以太网收发器，BCM5221的MII接口与TMS320DM643的MII接口对接。学生需要应用《计算机网络》与《计算机接口技术》等专业知识。系统的软件设计主要是通过TI公司推出的专门针对C6000系列的TCP/IP网络开发包NDK（Network Developer’s Kit）来实现的。学生在应用此开发包的过程中需要结合《计算机网络》、《TCP/IP协议栈》等专业知识。对于此科研课题，学生要充分利用科研资源，在参与装置研制过程中，要将专业知识应用到实践中，达到科研和创新能力的要求。
（三）建立科研团队及研发过程
此课题涉及到了多个学科。因此，在研发之前，要根据学生的兴趣和特长进行合理的人员选拔和分配。首先挑选一些学习成绩优秀的学生，然后挑选成绩尚可且思维活跃、动手能力强的学生，组织起来座谈，让他们充分发表自己的意见，从而确定学生名单并分配科研工作。整个科研过程采用分层次和循序渐进的方法进行，具体有以下几个阶段：
第一阶段：基础性研究。该阶段工作主要是让学生了解开发环境和开发流程，掌握开发工具的使用方法，熟悉软件编程环境。指导老师针对研发课题的需要，设计软件和硬件的相关题目让学生完成，并根据完成任务的情况来决定人员的分配。动手能力较强的学生适合硬件设计的工作，思维活跃的学生适合做软件设计。
第二阶段：确定设计方案。这一阶段主要是老师指导学生复习巩固相关知识，引导和鼓励他们提出自己的设计方案，然后老师将方案综合起来，确定最终方案。
第三阶段：系统研制。研制过程以老师指导开发为主，学生积极参与进来。老师定期组织学生开研讨会，在讨论中解决学生的问题。在硬件开发方面，难点是电路板的设计和布线，特别是DSP模块对电源稳定性的要求很高。因此，在学生设计出电路图后，老师应对电路图的各项功能和参数进行测试，指导学生分析测试结果，找出最佳的电路设计方案。在软件开发方面，老师指导学生采取模块化编程的方法，将各个功能模块（RECEIVE模块、FIFO模块、DSP算法控制模块、网络接收模块等）分配给学生完成，让学生应用VHDL语言、C语言进行程序设计。
第四阶段：整体调试。学生参与了软硬件的开发，对系统已经有较深入的了解，整体调试过程可由学生负责，让他们去发现问题、分析问题，找出解决问题的办法。这一阶段老师只是辅助、帮助学生解决问题。
（四）学生参与科研开发的收益
学生参与实验装置的研制，能够使他们熟悉和掌握这一科研过程的要点和操作方法。通过科研活动，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，增强他们的创新意识，提高专业水平，为毕业设计、科技竞赛等打下坚实的基础。学生参与实验装置的研制，能开发他们的科研意识，活跃思维、开拓视野，促使学生对电子与通信专业知识的应用。数字电视在中国刚刚起步，如能让学生尽早地接触这方面项目的研发，能为他们日后的发展提供广阔的空间。学校参与科研开发，可以培养师生的科学合作精神，在研制过程中，使学生亲身感受科研的艰辛和老师一丝不苟的精神。让这种严谨的科学态度影响学生、感染学生，使他们终身受益。
参考文献：
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[2]王明臣,姜秀华,张永辉.数字电视与高清晰度电视[M].北京:中国广播电视出版社,2003.
[3]李方慧,王飞,何佩琨.TMS320C6000系列DSPs原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2003.
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