《信号与系统》-教案.doc
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职业技术学院
教师教案
学年第一学期
课程《信号与系统》
任课教师
授课班级
总课时72
《信号与系统》课程授课计划表
序号
周次
星期
节次
授课章节
章节名称或课题
备注
1
6
1
6-7
第1章
第一讲信号与系统的概念
2
6
3
1-2
第二讲线性系统的性质
3
6
4
10-11
第三讲本章小结与习题课
补充作业
4
7
1
6-7
第四讲熟悉MATLAB的使用
5
7
3
1-2
仿真软件的应用练习
6
7
4
10-11
第2章
第五讲系统的微分方程及其响应
7
8
1
6-7
第六讲应用MATLAB求极限
8
8
3
1-2
第七讲阶跃信号与阶跃响应
9
8
4
10-11
第八讲冲激信号与冲激响应
10
9
1
6-7
第九讲连续信号的MATLAB表示
11
9
3
1-2
第十讲卷积及其应用
12
9
4
10-11
第十一讲系统的特征函数及其应用
13
10
1
6-7
第十二讲本章小结与习题课
补充作业
14
10
3
1-2
电路阶跃响应与冲击响应仿真实训
15
10
4
10-11
第3章
第十三讲周期信号
16
11
1
6-7
第十四讲周期信号的频谱
17
11
3
1-2
第十五讲非周期信号的频谱分析
18
11
4
10-11
第十六讲冲激响应和阶跃响应
19
12
1
6-7
第十七讲傅氏变换的性质与应用
20
12
3
1-2
第十八讲本章小结与习题课
21
12
4
10-11
第十九讲卷积的计算
补充作业
22
13
1
6-7
电路的频率仿真实训
23
13
3
1-2
第4章
第二十讲采样信号与采样定理
24
13
4
10-11
第二十一讲周期信号的频域分析
25
14
1
6-7
习题课一
26
14
3
1-2
习题课二
27
14
4
10-11
信号合成与分解仿真实训
28
15
1
6-7
第5章
第二十二讲拉普拉斯变换
29
15
3
1-2
第二十三讲拉氏变换的性质与应用
30
15
4
10-11
第二十四讲非周期信号的频域分析
31
17
1
6-7
第二十五讲采样
32
17
3
1-2
第二十六讲LTI系统的s域分析
33
17
4
10-11
电路系统的仿真分析
34
18
1
6-7
习题课
补充作业
35
18
3
1-2
总复习1
36
18
4
10-11
总复习2
制订人教研室主任系部
职业技术学院《信号与系统》教案
序号
1
周次
6
授课形式
讲授
授课章节名称
第一讲信号与系统的概念
教学目的
1．了解本学科的背景（通过互联网查最新相关信息）；
2．理解信号与系统的概念。
教学重点
信号的分类
教学难点
确定性信号的数学表达式问题
使用教具
互联网
课外作业
通过互联网查最新学科信息；复习本讲内容。
课后体会
一门新的学科，入门容易，但要想深入掌握，需要花时间，花精力。
本讲内容主要涉及一些基本概念，理解较容易。
课前引言：
本学科的教学要求及学习本课程需要注意的地方。
学习的方法是什么？
一句格言说得好：
为学者，善其端，积跬步而持以恒，悟意方停。
第一讲信号与系统的概念
一、学科背景
电子工程、信号与系统理论及应用的发展历史已经有200多年了。
奥斯特（丹麦）—1820年发现了电流的磁效应。
法拉第（英国）—1831年发现了电磁感应现象。
麦克斯韦（苏格兰）—1864提出了电磁波理论。
赫兹（德国）—证明了电磁波的存在。
人类还发明了电报、电话、计算机、广播、电视、无线设备等等。
这一切的发展过程中，需要很多理论支持。
其中就有信号与系统学科理论。
在信号与系统学科理论发展的过程中，1948年创立了三在科学思想和理论起到了非常关键的作用：
系统论、信息论和控制论。
我们在学习这门学科的过程中，最主要的不是研究它们深层次的理论，而是重在了解，对于一门新学科来讲，而且对于电子专业的工科学生来讲，这是很的必要的。
※阶段作业：
利用课后时间到网络上查找相关的最新学科信息，并通过E-mail传过我，作为一次平时作业。
zhuyl@搜索网站：
关键词：
信号、系统。
二、信号的概念
1．信号——是物质运动的表现形式。
如机械振动产生力信号，心脏运动产生心电信号。
2．消息——是通过某种方式传递的声音、文字、图像、符号等。
如电话中传送的声音是消息，电报中传递的电文是消息等。
3．信息——是指具有新内容、新知识的消息，是排除消息中那些不确定的东西，也是消息中有用的部分。
如在互联网上就某个知识点可以找出很多文字、图像是消息，但其中只有一部分有用，这些是信息。
三、信号的分类
连续信号——在所有连续时间值上均有定义。
离散信号——仅在某些离散时间点上才有定义。
四、系统的概念
各种变化着的信号从来不是孤立存在的，信号总是在系统中产生又在系统中不断传递。
系统——是由若干相互联系、相互作用的单元组成的具有一定功能的有机整体。
如电视系统的组成部件（单元）是微音器、摄像机、发射机、天线、接收机、扬声器、显像管等。
五、系统的分类
根据系统处理的信号形式的不同，系统可分为三大类：
连续时间系统（简称连续系统）、离散时间系统（简称离散系统）和混合系统。
连续系统——系统中各个子系统的输入、输出信号均为连续信号。
离散系统——系统中各个子系统的输入、输出信号均为离散信号。
混合系统——系统中各个子系统有的是连续系统，有的是离散系统。
另外，系统在应用过程中，各个系统之间可以串联、并联、混联和反馈连接。
总之，不论系统的连接形式与功能如何，信号总是与系统相伴存在，信号经由系统才能传输。
小结：
本节课主要介绍了学科背景和信号与系统的概念，这是本学科的入门知识。
另外，我个人认为很有必要借助互联网了解学科最新相关信息，并用好本书附带多媒体光盘。
【附加材料部分】
信号与系统课程简介
信号与系统课程是通信与信息系统、交通信息与控制工程、信号与信息处理等学科专业本科生必选的技术基础课程。
本课程主要讨论确定性信号的时域和频域分析，线性时不变系统的描述与特性，以及信号通过线性时不变系统的时域分析与变换域分析。
通过本课程的学习，使学生牢固掌握信号与系统的时域、变换域分析的基本原理和基本方法，理解傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换的数学概念、物理概念与工程概念，掌握利用信号与系统的基本理论与方法分析和解决实际问题的基本方法，为进一步学习后续课程打下坚实的基础。
信号与系统课程考核方法
1．平时作业10%
2．课堂教学参与及互动20%
3．基于MATLAB仿真的实验与作业10%
4．期末考试60%
北方交通大学相关学习网址：
南京邮电大学相关学习网址：
扬州工业职业技术学院教案
序号
2
周次
6
授课形式
讲授
授课章节名称
第二讲线性系统的性质
教学目的
1．学会判断线性系统和时不变系统；
2．了解线性系统的特性。
教学重点
判断线性系统和时不变系统
教学难点
判断线性系统和时不变系统
使用教具
无
课外作业
P291-8 1-9
课后体会
高专学生基础相对较好，接受能力较强，但学习态度需要进一步端正。
课前引言：
为了适应实际工程的需要，系统的组成形式是多种多样的，但按其工作性质来说，可以分为线性系统与非线性系统；时变系统与时不变系统；因果系统与非因果系统等。
第二讲线性系统的性质
一、线性系统与非线性系统
线性包括可加性和齐次性两个概念。
可加性——如果输入时系统响应为，输入时系统的响应为，则输入为时系统的响应为。
齐次性——若系统对输入的响应为，当输入增至倍即时，其响应也增至倍即。
同时满足可加性和齐次性的系统称为线性系统。
若，
则对于任意常数和，有
不满足上述关系的系统称为非线性系统。
二、时不变系统与时变系统
如果在系统中，元件参数是不随时间变化的，则称其为时不为系统，否则称为时变系统。
时不变系统——系统响应的变化规律不因输入信号接入时间不同而改变。
若
则
若系统既是线性的又是时不变的，则称为线性时不变系统，简记为LTI。
对连续线性时不变系统，其描述议程为线性常系数微分方程。
三、线性系统与非线性系统
一个系统是否为线性系统，还可以直接描述方程判断。
若系统是以线性代数方程或线性微（积）分方程描述的，则该系统就是线性的。
例如，以方程
描述的系统为线性系统。
定量来看，在t=0是y（t）=0的条件下，若输入时，用高等数学的知识可以解得响应为
当输入时，解得响应
当输入时，可解得响应
显然，该系统既满足齐次性又满足可加性，该系统是线性系统，不满足上述关系的系统称为非线性系统。
四、线性系统的三个重要特性
1．微分特性
如果线性系统的输入引起的响应为，则当输入为的导数时，其响应变为的导数。
2．积分特性
详见教材P27。
3．频率保持特性
详见教材P27。
五、信号与系统分析的方法
信号和系统分析的内容十分广泛，分析方法也有多种，目前最常用最基本的两种方法是时域法和频域法。
※本阶段作业：
P291-81-9
小结
本节课主要讲述了线性系统和时不变系统的判断方法。
特别是线性系统是实际工程应用中最常见的一种，所以，需要认真学习，学会判断线性系统。
扬州工业职业技术学院教案
序号
3
周次
6
授课形式
讲授
授课章节名称
第三讲本章小结与习题课
教学目的
1．进行本章小结，提出难点与重点；
2．解决习题中的问题。
教学重点
习题中的问题
教学难点
部分习题
使用教具
无
课外作业
P28～29
课后体会
通过习题讲解，解决本章所涉及问题，加深对信号与系统概念的理解，并能准确判断系统的性质。
课前引言：
1． 掌握信号与系统的基本概念。
2． 掌握信号的描述方法，分类方法和基本特性。
3． 掌握信号的基本运算方法。
4． 掌握和理解阶跃信号和冲激信号。
5． 掌握系统的表示方法，系统的特性和分类。
6． 初步理解线性时不变系统的分析方法。
第三讲本章小结与习题课
信号是传递信息或消息的载体,其所携带的全部信息寄寓在信号的变化过程之中。
通常，对信号的描述可以采用数学函数式或以图形表示。
在数学上，信号可以表示为单个自变量或多个自变量的函数。
具有单个自变量的信号称为一维信号；具有多个自变量的信号称为多维信号。
信号的自变量可以是时间、空间位置或其它物理量。
例如，日常生活中的语音信号是声压随时间变化的一维信号；黑白图片是亮度随空间位置变化的二维信号；而气象观测中的气压、温度和风速则是随高度而变化的一维信号等。
为方便起见，本书以时间作为信号的自变量，且只讨论一维信号。
信号的图形也称为信号的波形。
虽然用波形描述信号难以精确地给出信号的每一个函数值，但是，这种方法可以简单而直观地表达出信号的变化趋势，在许多应用中还常常可以简化问题的求解。
读者将会看到，本书中许多问题的求解都可以通过分析信号波形而得到简化。
当以波形描述一个信号时，应注意在波形图上标出该信号的关键值，关键值包括有信号的不连续点、零点、最大值点和最小值点等。
本章将在介绍几种典型的基本信号以后详细地讨论信号的运算。
这些基本的信号之所以典型，不仅在于它们是一些常见的信号，而且，利用信号的运算可以将这些信号组合成其它许多信号。
本章的重点是单位冲激信号和信号卷积运算，它们是贯穿全书的基本内容。
一、本章小结
1．信号是随时间变化的某种物理量，是传送各和消息的工具。
常见的信号形式是连续信号和离散信号。
2．系统是由若干单元按一定规则相互联接并完成确定功能的有机整体。
系统可分为连续系统、离散系统和混合系统三大类。
3．同时满足可加性和齐次性的系统称为线性系统。
线性系统是系统的一类重要理想模型。
4．时不变性是由系统中各元件参量不随时间变化决定的。
线性时不变系统具有微分特性、积分特性和频率保持特性。
5．系统的线性和时不变性是本书研究系统分析的基本依据。
二、习题解析
1-1参考答案：
连续信号：
acd离散信号：
b周期信号：
d非周期信号：
abc有始信号：
abc
1-2参考答案：
（略）
1-5参考答案：
（略）
1-6参考答案：
abc为线性时不变系统；d线性时变系统；e非线性时不变系统。
1-7参考答案：
（略）
小 结
本节课主要对本章内容进行了总结，并通过习题解析使学生对本章主要内容进一步深入了解，课后需要进一步复习。
扬州工业职业技术学院教案
序号
4
周次
7
授课形式
讲授
授课章节名称
第四讲MATLAB概述
教学目的
1．了解MATLAB软件的背景及在相关行业中的作用
2．了解MATLAB软件的基本操作
教学重点
MATLAB软件的基本操作
教学难点
MATLAB软件的基本操作
使用教具
计算机及MATLAB软件
课外作业
熟悉MATLAB软件的基本操作
课后体会
本课程需要结合多媒体教学以及上机实验，单独课堂讲授很难完成，学生接受也比较困难，建议有条件时利用多媒体进行授课。
授课主要内容
课前引言：
在前面我们已经学习了信号与系统的基本概念，了解了信号处理的基本知识，但实际在做信号与系统处理时，我们应该如何去做？
使用什么工具呢？
这就是我们这学期要学习的一个信号与系统处理的重要工具—MATLAB。
第四讲MATLAB概述
一、MATLAB的概况
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意。
除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C、FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多。
时至今日，经过MathWorks公司的不断完善，MATLAB已经发展成为适合多学科，多种工作平台的功能强大的大型软件。
在国外，MATLAB已经经受了多年考验。
在欧美等高校，MATLAB已经成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具，成为攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本技能。
在设计研究单位和工业部门，MATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具体问题。
在国内，特别是工程界，MATLAB一定会盛行起来。
可以说，无论你从事工程方面的哪个学科，都能在MATLAB里找到合适的功能。
二、MATLAB的语言特点
1．语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富；
2．运算符丰富；
3．MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性；
4．程序限制不严格，程序设计自由度大。
例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵进行预定义就可以使用；
5．程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行；
6．MATLAB的图形功能强大；
7．MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。
由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢；
8．功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色，MATLAB包含两个部分：
核心部分和各种可选的工具箱。
核心部分中有数百个核心内部函数。
其工具箱又分为两类：
功能性工具箱和学科性工具箱。
功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互功能。
功能性工具箱用于多种学科。
而学科性工具箱是专业性比较强的，如controltoolbox、signalprocessingtoolbox、communicationtoolbox等。
这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高、精、尖的研究；
9．源程序的开放性。
开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。
除内部函数以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。
小结
本节课主要对MATLAB软件作一个简要介绍，让学生对它有个初步认识。
扬州工业职业技术学院教案
序号
5
周次
7
授课形式
实验
授课章节名称
熟悉MATLAB的使用
教学目的
1.学习MATLAB一元函数绘图命令等常用操作命令；
2.通过练习熟悉MATLAB的基本操作。
教学重点
学习MATLAB命令
教学难点
MATLAB一元函数绘图命令
使用教具
计算机及MATLAB软件
课外作业
熟悉MATLAB软件；实验报告。
课后体会
学生通过上机实验对MATLAB基本操作有所了解，并能掌握简单的一元函数的图形的绘制。
但仍存在一些问题，比如对基本数学函数图形不熟悉。
授课主要内容
第六讲熟悉MATLAB的使用（实验一）
实验目的
１．学习MATLAB一元函数绘图命令.
２．进一步理解函数概念.
实验内容
学习使用MATLAB命令.
MATLAB绘图命令比较多，我们选编一些常用命令，并简单说明其作用，这些命令的调用格式，可参阅例题及使用帮助help查找.
1、画出的图像.
2、画出在之间的图像.
X1=0:
0.1:
pi/2;
Y1=sec（x1）;
X2=pi/2+0.1:
0.1:
pi;
Y2=sec（x2）;
Plot（x1,y1,’r-‘,x2,y2,’r-‘,[-1,5],[1,1],
[-1,5],[-1,-1],[pi/2,pi/2],[-15,15]）
axis（[0,3.5,-15,15]）
grid
3、在同一坐标系中画出，，，，的图像.
4、画出的图像，并根据图像特点指出函数的奇偶性.
5、画出及其反函数的图像.
6、画出及其反函数的图像.
例1
设计一段程序，画出一个周期的正弦函数和余弦函数的图像。
程序设计：
>>clear%清除所有变量
>>x=（0:
0.01:
2*pi）;%设置变量x的范围
>>y1=sin（x）;
>>y2=cos（x）;
>>plot（x,y1,x,y2）%绘制函数y1和y2的图像
程序也可写成如下方式：
>>clear%清除所有变量
>>x=（0:
0.01:
2*pi）;%设置变量x的范围
>>plot（x,sin（x）,x,cos（x））%绘制函数图像
运行结果如图所示。
正弦和余弦的图像
小结
本实验主要让学生掌握MATLAB一元函数图像的绘制。
扬州工业职业技术学院教案
序号
6
周次
7
授课形式
讲授
授课章节名称
第五讲系统的微分方程及其响应
教学目的
1．熟悉描述系统输入—输出特性的方法；
2．掌握零输入响应与零状态响应。
教学重点
ZIR与ZSR
教学难点
系统微分方程
使用教具
无
课外作业
P552-32-4
课后体会
需要对数学知识及电子电工知识有一定程度地掌握。
课前引言：
信号与系统分析的基本任务是在给定系统和输入的条件下，求解系统的输出响应。
连续信号与系统的时域分析是指信号与系统的整个分析过程都在连续时间域进行，即所涉及的函数自变量均为连续时间t的一种分析方法。
自20世纪60年代以来，随着状态变量概念的引入，现代系统理论的确立以及计算技术的不断进步，时域分析法正在许多领域获得越来越广泛的应用。
本章首先介绍几种常用的连续时间基本信号。
然后围绕连续信号与系统的时域分析问题，分别讨论信号的卷积积分运算，连续信号的时域分解以及LTI连续系统响应的计算。
系统的输入输出方程采用算子形式表示，使时域分析从系统描述到分析过程都与后面几章讨论的变换域分析相一致，从而形成统一规范的信号与系统的分析方法。
第七讲系统的微分方程及其响应
一、系统的微分方程
描述系统输入—输出特性的是微分方程。
线性时不变系统（LTI）是最常见的一类系统描述这类系统的输入—输出特性的是一常系数线性微分方程。
一般的n阶LTI连续系统，其微分方程的形式可写为
式中为系统的响应变量（电流或电压等），为系统的激励信号（电压源或电流源等）。
这种n阶常系数线性微分程是系统时域分析的基础。
二、零输入响应与零状态响应
系统的响应可以分为两部分，一部分是零状态响应，另一部分是零输入响应。
设一阶微分方程为
为求解此方程，两边乘以eat
此式的左端是对eaty（t）微分的结果，故有
对此式两端从0-到t进行积分而得
于是
1．零输入响应（ZIR）：
从观
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