数字信号处理教案(22讲).doc

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数字信号处理教案

教案

学院：

系部：

课程名称：

主讲教师：

职称：

使用教材：

信息与电气工程学院

通信与信息工程系

数字信号处理

教授

丁玉美.《数字信号处理》西电

二○一六年九月

第一讲

授课题目：

第0章绪论

第一章时域离散信号与系统1.1时域离散信号

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

理解数字信号处理的概念、特点；了解数字信号处理的应用；明确该课程的学习任务和学习方法。

熟悉序列的概念和表示方法；掌握序列的基本运算；掌握常用的时域离散信号；

理解序列的基本性质。

教学内容（包括基本内容、重点内容和难点）：

基本内容：

数字信号处理的概念、特点和应用；该课程的学习任务和学习方法；

序列的基本概念；序列的基本运算；典型序列；序列的基本性质；

重点：

数字信号处理的特点和应用；

序列的基本运算和基本性质。

难点：

如果通过DSP的应用实例的分析激发学生的学习兴趣。

教学过程设计（包括基本内容、重点内容和难点的授课设计）

通过与模拟系统的比较讲解数字信号处理的特点；

通过举例讲解数字信号处理的应用（多路复用、回波控制、雷达、图象压缩等）以及对现代科技做出的巨大贡献，并通过讨论激发学生的学习兴趣；

简单的运算（相加、相乘、累加）可以简单讲解，复杂的运算（移位、翻转、尺度变换、卷积）必须辅以例题；

序列的周期性需要加以证明以提高学生掌握的深度。

其中：

开场白1分钟，授新课88分钟，安排讨论10分钟，布置作业1分钟

授课类型（请打√）：

理论课√讨论课□实验课□练习课□其他□

教学方式（请打√）：

讲授√讨论□指导□其他□

教学资源（请打√）：

多媒体√模型□实物□挂图□音像□其他□

作业布置（讨论、思考题、书面作业）：

复习信号与系统相关知识（模拟信号与模拟系统）；

预习时域离散系统一节。

习题一（P25）：

1、3。

参考资料（含参考书、文献等）：

[1]TheBreadthandDepthofDSPPDF格式

[2]Signals&Systems（SecondEdition）PDF格式

[3]数字信号处理，王世一，北京理工大学出版社

第二讲

授课题目（教学章、节或主题）：

第一章时域离散信号与系统1.2时域离散系统

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

掌握时域离散系统的基本性质；

掌握线性时不变时域离散系统输入与输出的关系；

掌握线性时不变时域离散系统的表示方法和线性常系数差分方程的求解。

教学内容（包括基本内容、重点内容和难点）：

基本内容：

时域离散系统的概念；时域离散系统的基本性质；系统输出与输入的关系；输入输出描述法。

重点：

时域离散系统的基本性质（线性、时不变性、稳定性、因果性）；

单位取样响应，线性时不变时域离散系统输入与输出的关系；

线性时不变时域离散系统的稳定性、因果性与单位取样响应的关系；

线性常系数差分方程以及求解。

难点：

系统线性、时不变性的判断；稳定性、因果性与单位取样响应的关系；z变换法求解差分方程。

教学过程设计（包括基本内容、重点内容和难点的授课设计）

清楚地讲解时域离散系统的四个基本性质；

证明线性时不变时域离散系统输入与输出的关系；

证明线性时不变时域离散系统的稳定性、因果性与单位取样响应的关系；

举例讲解线性常系数差分方程的求解方法。

其中：

复习3分钟，授新课95分钟，安排讨论0分钟，布置作业2分钟

授课类型（请打√）：

理论课√讨论课□实验课□练习课□其他□

教学方式（请打√）：

讲授√讨论□指导□其他□

教学资源（请打√）：

多媒体√模型□实物□挂图□音像□其他□

作业布置（讨论、思考题、书面作业）：

习题一（P26）：

5（4、5、6）、6

（2）、8（2、3）、12

参考资料（含参考书、文献等）：

[1]Signals&Systems（SecondEdition）PDF格式

[2]数字信号处理，王世一，北京理工大学出版社

第三讲

授课题目（教学章、节或主题）：

第一章时域离散信号与系统1.3模拟信号的数字处理方法

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

熟悉模拟信号、数字信号频谱的特点；

掌握模拟信号数字化的方法，理解数字化过程中对信号造成的影响；

理解奈奎斯特采样定理；

掌握数字信号转换为模拟信号的方法，理解内插函数和内插公式。

教学内容（包括基本内容、重点内容和难点）：

基本内容：

模拟信号、数字信号频谱的特点和区别；模拟信号数字化方法，对数字化过程中信号频谱发生的变化进行理论分析；通过总结复习奈奎斯特采样定理；对量化和量化误差的分析；

数字信号转换成模拟信号（理想的低通滤波过程）的理论分析，得到内插函数和内插公式，对实际转换过程（解码、零阶保持和平滑滤波）的分析。

重点：

数字化过程中信号频谱发生的变化进行理论分析，对数模转换过程的理论分析。

难点：

数模、模数转换过程的理论分析。

教学过程设计：

（包括基本内容、重点内容和难点的授课设计）

介绍模数、数模转换在实际工程中的重要性；

分析模拟信号、数字信号频谱所具有的特点，相互的区别；

复习奈奎斯特采样定理，通过讨论引出问题，然后对采样过程进行分析；

通过介绍实际的数字化方法引出量化的概念，并对量化误差进行简单分析；

对理想的数模转换过程进行分析，引出内插函数和内插公式；

对工程实用的数模转换方法进行分析。

其中：

复习10分钟，授新课83分钟，安排讨论5分钟，布置作业2分钟

授课类型（请打√）：

理论课√讨论课□实验课□练习课□其他□

教学方式（请打√）：

讲授√讨论√指导□其他□

教学资源（请打√）：

多媒体√模型□实物□挂图□音像□其他□

作业布置（讨论、思考题、书面作业）：

习题一（P27）：

12题。

参考资料（含参考书、文献等）：

[1]Signals&Systems（SecondEdition）PDF格式

[2]数字信号处理，王世一，北京理工大学出版社

第四讲

授课题目（教学章、节或主题）：

第二章离散傅立叶变换2.1傅立叶变换的几种形式2.2序列的傅立叶变换

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

理解傅立叶变换的四种形式及其相互之间的关系；

理解序列傅立叶变换的意义，掌握序列傅立叶变换的计算；

理解并能灵活运用序列傅立叶变换的各种基本性质。

教学内容（包括基本内容、重点内容和难点）：

基本内容：

傅立叶变换的四种形式；

傅立叶变换的规律；

序列傅立叶变换的定义；

序列傅立叶变换的性质。

重点：

傅立叶变换的规律，序列傅立叶变换的性质。

难点：

四种傅立叶变换形式之间的内在联系。

教学过程设计：

（包括基本内容、重点内容和难点的授课设计）

通过分析傅立叶变换的四种形式得到时域和频域内离散和周期的对称关系。

分析并推导序列的傅立叶变换的计算公式。

分析序列傅立叶变换的基本性质，为学习离散傅立叶变换打基础。

其中：

复习10分钟，授新课83分钟，安排讨论5分钟，布置作业2分钟

授课类型（请打√）：

理论课√讨论课□实验课□练习课□其他□

教学方式（请打√）：

讲授√讨论□指导□其他□

教学资源（请打√）：

多媒体√模型□实物□挂图□音像□其他□

作业布置（讨论、思考题、书面作业）：

习题二（P63）：

1（2、3、6、7）、2、4

参考资料（含参考书、文献等）：

[1]Signals&Systems（SecondEdition）PDF格式

[2]数字信号处理，王世一，北京理工大学出版社

第五讲

授课题目（教学章、节或主题）：

第二章离散傅立叶变换2.3周期序列的傅立叶级数

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

理解傅立叶级数的四种形式及其相互之间的关系；

了解离散傅立叶级数的公式推导；

理解离散傅立叶级数的几个基本性质。

教学内容（包括基本内容、重点内容和难点）：

基本内容：

傅立叶变换的四种形式及傅立叶变换的规律；

离散傅立叶级数及其性质。

重点：

四种傅立叶变换形式之间的内在联系。

序列的傅立叶变换和离散傅立叶级数之间的关系。

难点：

四种傅立叶变换形式之间的内在联系。

教学过程设计：

（包括基本内容、重点内容和难点的授课设计）

通过分析傅立叶变换的四种形式得到时域和频域内离散和周期的对称关系。

分析并推导序列的傅立叶变换和离散傅立叶级数之间的关系。

简单推导离散傅立叶级数的基本性质，为学习离散傅立叶变换打基础。

其中：

复习10分钟，授新课83分钟，安排讨论5分钟，布置作业2分钟

授课类型（请打√）：

理论课√讨论课□实验课□练习课□其他□

教学方式（请打√）：

讲授√讨论□指导□其他□

教学资源（请打√）：

多媒体√模型□实物□挂图□音像□其他□

作业布置（讨论、思考题、书面作业）：

习题二（P63）：

1（2、3、6、7）、2、4

参考资料（含参考书、文献等）：

[1]Signals&Systems（SecondEdition）PDF格式

[2]数字信号处理，王世一，北京理工大学出版社

第六讲

授课题目（教学章、节或主题）：

第二章离散傅立叶变换2.4离散傅立叶变换（性质）

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

理解离散傅立叶变换与离散傅立叶级数之间的关系；

理解并掌握离散傅立叶变换的基本性质（线性、反变换的变形、循环移位特性、循环卷积特性、奇偶性与对称性、Parseval定理）。

教学内容（包括基本内容、重点内容和难点）：

基本内容：

离散傅立叶变换式的导出。

离散傅立叶变换的基本性质。

重点：

离散傅立叶变换的基本性质。

难点：

基本性质的证明和性质的应用。

教学过程设计：

（包括基本内容、重点内容和难点的授课设计）

通过分析离散傅立叶级数存在的缺陷得到离散傅立叶变换。

分析并证明离散傅立叶变换的6个基本性质。

例题：

离散傅立叶变换的计算，离散傅立叶变换性质的应用。

其中：

复习5分钟，授新课87分钟，安排讨论5分钟，布置作业3分钟

授课类型（请打√）：

理论课√讨论课□实验课□练习课□其他□

教学方式（请打√）：

讲授√讨论□指导□其他□

教学资源（请打√）：

多媒体√模型□实物□挂图□音像□其他□

作业布置（讨论、思考题、书面作业）：

习题三（P93）：

1（3、7、8、9）、11

参考资料（含参考书、文献等）：

[1]Signals&Systems（SecondEdition）PDF格式

[2]数字信号处理，王世一，北京理工大学出版社

第七讲

授课题目（教学章、节或主题）：

第二章离散傅立叶变换2.4离散傅立叶变换（应用）

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

了解离散傅立叶变换在科学实践中的重要作用和重要地位；

理解并掌握离散傅立叶变换计算线性卷积的理论和方法；

理解并掌握离散傅立叶变换用于对信号进行频谱分析的理论和方法；

理解数字频谱分析仪的基本工作原理。

教学内容（包括基本内容、重点内容和难点）：

基本内容：

线性卷积和循环卷积之间的关系，线性卷积的频域计算法，实际应用中的处理方法；用离散傅立叶变换对模拟信号和数字信号进行频谱分析的基本理论和方法。

重点：

用离散傅立叶变换计算线性卷积和对信号进行频谱分析。

难点：

线性卷积和循环卷积之间的关系，实际处理中的频域计算法，用离散傅立叶变换进行频谱分析的理论分析。

教学过程设计：

（包括基本内容、重点内容和难点的授课设计）

通过分析线性卷积和循环卷积之间的关系得到线性卷积的频域计算法。

提出并解决实际应用时存在的问题。

以数字频谱分析仪入手分析应用离散傅立叶变换对模拟信号和数字信号进行频谱分析的基本理论和方法。

其中：

复习5分钟，授新课88分钟，安排讨论5分钟，布置作业2分钟

授课类型（请打√）：

理论课√讨论课□实验课□练习课□其他□

教学方式（请打√）：

讲授√讨论□指导□其他□

教学资源（请打√）：

多媒体√模型□实物□挂图□音像□其他□

作业布置（讨论、思考题、书面作业）：

习题三（P95）：

15、16

参考资料（含参考书、文献等）：

[1]Signals&Systems（SecondEdition）PDF格式

[2]数字信号处理，王世一，北京理工大学出版社

第八讲

授课题目（教学章、节或主题）：

前两章习题课

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

进一步深入理解模拟、数字信号，模拟、数字系统的关系；

进一步深入理解连续傅立叶变换、序列的傅立叶变换、离散傅立叶级数、离散傅立叶变换之间的关系；

进一步深入理解傅立叶变换、拉普拉斯变换、Z变换之间的关系。

进一步深入理解离散傅立叶变换式的性质和应用。

教学内容（包括基本内容、重点内容和难点）：

基本内容：

模拟信号、数字信号的关系；

连续系统、时域离散系统的关系和描述方法、分析方法；

四种傅立叶变换之间的关系；

傅立叶变换、拉普拉斯变换、Z变换之间的关系；

离散傅立叶变换的性质和应用。

重点：

对上述重点内容的复习。

难点：

让学生理解上述内容，对上述知识融会贯通。

教学过程设计：

（包括基本内容、重点内容和难点的授课设计）

对上述基本内容的复习。

补充讲解一些例题，并布置一些课内习题，让同学们思考。

讲解以前布置的一些较难的习题。

其中：

复习30分钟，补充例题20分钟，课内思考题20分钟，习题讲解30分钟

授课类型（请打√）：

理论课□讨论课□实验课□练习课√其他□

教学方式（请打√）：

讲授√讨论□指导√其他□

教学资源（请打√）：

多媒体√模型□实物□挂图□音像□其他□

作业布置（讨论、思考题、书面作业）：

复习课本前三章。

参考资料（含参考书、文献等）：

[1]Signals&Systems（SecondEdition）PDF格式

[2]数字信号处理，王世一，北京理工大学出版社

第九讲

授课题目（教学章、节或主题）：

第三章快速傅立叶变换3.1FFT的引入3.2FFT的基本原理3.3时域抽取法

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

了解离散傅立叶变换存在的问题，了解快速傅立叶变换的作用和发展；

理解快速傅立叶变换的基本原理；

理解时域抽取快速傅立叶变换算法的基本原理。

教学内容（包括基本内容、重点内容和难点）：

基本内容：

DFT存在的问题，FFT的作用；

FFT基本原理；

DIT-FFT算法基本原理。

重点：

FFT基本原理；DIT-FFT算法基本原理。

难点：

DIT-FFT算法基本原理。

教学过程设计：

（包括基本内容、重点内容和难点的授课设计）

通过讨论引出离散傅立叶变换存在的问题（运算量过大，难以实现实时运算）引出快速傅立叶变换，让学生理解FFT的作用以及在现代信号处理史上的重要地位。

对四点DFT进行化简，进一步说明FFT作用，并引出蝶形算法。

理论推导时域抽取基二算法，重点是让学生理解减少运算量的原因。

以8点DFT为例进行时域抽取基二分解，重点是让学生理解算法的特点和运算量。

同时为学习频域抽取的基二算法做准备。

其中：

复习5分钟，授新课88分钟，安排讨论5分钟，布置作业2分钟

授课类型（请打√）：

理论课√讨论课□实验课□练习课□其他□

教学方式（请打√）：

讲授√讨论□指导□其他□

教学资源（请打√）：

多媒体√模型□实物□挂图□音像□其他□

作业布置（讨论、思考题、书面作业）：

画出16点时域抽取基二算法彻底分解以后的运算流图。

参考资料（含参考书、文献等）：

[1]Signals&Systems（SecondEdition）PDF格式

[2]数字信号处理，王世一，北京理工大学出版社

第十讲

授课题目（教学章、节或主题）：

第三章快速傅立叶变换3.4频域抽取法3.5基二算法和基四算法

（一）

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

理解频域抽取基二算法的基本原理；

理解基二算法的共同特点；理解频域抽取和时域抽取的差异。

理解基四算法的基本原理

教学内容（包括基本内容、重点内容和难点）：

基本内容：

DIF-FFT基二算法的基本原理；DIF-FFT基二算法的运算量；

DIT-FFT、DIF-FFT算法的比较。

基四算法基本原理

重点：

DIF-FFT基二算法的基本原理，两种算法的比较。

基四算法的推导。

难点：

DIF-FFT基二算法的基本原理。

教学过程设计：

（包括基本内容、重点内容和难点的授课设计）

通过复习DIT-FFT算法引出DIF-FFT算法。

理论推导频域抽取基二算法，重点是让学生理解算法基本原理和减少运算量的原因。

以8点DFT为例进行频域抽取基二分解，通过讨论让学生理解算法的特点和运算量。

对DIT-FFT、DIF-FFT两种算法的进行比较。

使学生理解两个算法流图的特点，加深学生对两个算法流图的记忆。

理论推导频域抽取基四算法。

其中：

复习8分钟，授新课82分钟，安排讨论8分钟，布置作业2分钟

授课类型（请打√）：

理论课√讨论课□实验课□练习课□其他□

教学方式（请打√）：

讲授√讨论□指导□其他□

教学资源（请打√）：

多媒体√模型□实物□挂图□音像□其他□

作业布置（讨论、思考题、书面作业）：

画出16点频域抽取基二算法彻底分解以后的运算流图。

课外：

推导时域抽取的基四算法。

参考资料（含参考书、文献等）：

[1]Signals&Systems（SecondEdition）PDF格式

[2]数字信号处理，王世一，北京理工大学出版社

第十一讲

授课题目（教学章、节或主题）：

第三章快速傅立叶变换3.5基二算法和基四算法

（二）3.6分裂基算法

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

理解基四算法的基本原理；

理解分裂基算法的基本原理；

理解分裂基算法和基二算法、基四算法的关系。

教学内容（包括基本内容、重点内容和难点）：

基本内容：

基四算法基本原理，基二算法和基四算法的比较；

分裂基算法基本原理、运算量；

分裂基算法与基二算法、基四算法的关系。

重点：

分裂基算法的基本原理，分裂基算法与基二算法、基四算法的关系。

难点：

基四算法基本原理，分裂基算法基本原理。

教学过程设计：

（包括基本内容、重点内容和难点的授课设计）

通过复习基二算法引出基四算法，比较两种算法。

通过基二算法和基四算法的比较发现其中存在的问题，从而引出分裂基算法。

分析分裂基算法的基本原理、算法特点、运算量。

讨论基二算法、基四算法、分裂基算法的联系、区别和特点。

其中：

复习6分钟，授新课84分钟，安排讨论8分钟，布置作业2分钟

授课类型（请打√）：

理论课√讨论课□实验课□练习课□其他□

教学方式（请打√）：

讲授√讨论√指导□其他□

教学资源（请打√）：

多媒体√模型□实物□挂图□音像□其他□

作业布置（讨论、思考题、书面作业）：

画出16点分裂基算法彻底分解以后的运算流图。

课外：

编程实现基二算法、基四算法或分裂基算法。

参考资料（含参考书、文献等）：

[1]Signals&Systems（SecondEdition）PDF格式

[2]数字信号处理，王世一，北京理工大学出版社

第十二讲

授课题目（教学章、节或主题）：

第四章基本网络结构和状态变量分析法复习系统描述和系统特性4.1信号流图与网络特性4.2无限长脉冲响应网络

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

掌握系统描述和系统特性相关内容；

理解信号流图的构成和特点，分类。

掌握根据系统的差分方程、系统函数绘制系统流图的方法；

理解无限长脉冲响应网络三种结构的特点，掌握不同结构流图的绘制。

教学内容（包括基本内容、重点内容和难点）：

基本内容：

系统描述，系统三个特性的表征；差分方程、系统函数、传输函数、单位脉冲响应之间的关系；

信号流图的基本结构，根据差分方程、系统函数画系统信号流图；网络的串/并联，网络结构的分类

IIR网络的特点，直接型、级联型、并联型三种网络结构的特点和绘制。

重点：

差分方程、系统函数、传输函数、单位脉冲响应四者之间的关系；差分方程、系统函数、信号流图之间的相互转换，三种网络结构的特点和绘制；

难点：

差分方程、系统函数、传输函数、单位脉冲响应四者之间的关系；差分方程、系统函数、信号流图之间的相互转换。

教学过程设计：

（包括基本内容、重点内容和难点的授课设计）

通过对以前知识的复习得到差分方程、系统函数、传输函数、单位脉冲响应的四角关系图。

由数字信号的基本运算得到信号流图的基本运算流图。

分析信号流图与差分方程的关系，继而得到信号流图与系统函数的关系；

分析系统流图串联、并联情况下系统函数的变化，介绍网络结构的分类。

分析IIR网络的特点，介绍三种网络结构图的绘制方法，分析它们各自的特点。

其中：

复习15分钟，授新课83分钟，安排讨论0分钟，布置作业2分钟

授课类型（请打√）：

理论课√讨论课□实验课□练习课□其他□

教学方式（请打√）：

讲授√讨论□指导□其他□

教学资源（请打√）：

多媒体√模型□实物□挂图□音像□其他□

作业布置（讨论、思考题、书面作业）：

P1461、2、3、5（b、c）、6（d、e、f）。

参考资料（含参考书、文献等）：

[1]Signals&Systems（SecondEdition）PDF格式

[2]数字信号处理，王世一，北京理工大学出版社

第十三讲

授课题目（教学章、节或主题）：

第四章基本网络结构和状态变量分析法

4.3有限长脉冲响应网络4.4状态变量分析法

（一）

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

理解有限长脉冲响应网络四种结构的特点，掌握不同结构流图的绘制；

理解输入输出分析法和状态变量分析法的本