《数字信号处理》教案.docx

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《数字信号处理》教案

教案

2013~2014学年第1学期

院（部）　电子信息工程学院　

教研室　通信工程　

课程名称数字信号处理

授课专业班级　2011级电子信息工程　　　　

主讲教师　　　　郭靖　　　

职称职务　　　讲师　　

使用教材高西全《数字信号处理（第三版）》

2013年9月

第1次课的教学整体安排

授课时间

第1周第3-5节

课时安排

3学时

授课题目（教学章、节或主题）：

数字信号处理概述

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

了解数字信号处理的发展概况、研究内容、研究路线等。

了解本学科当前的发展前景，研究的难点和重点。

掌握什么是信号？

什么是系统？

以及数字信号处理的基本过程。

教学内容：

基本内容：

数字信号处理的学科概貌

数字信号与系统的特征

数字信号处理系统的基本组成

数字信号处理的应用

数字信号处理的发展方向

重点：

信号本质，数字信号处理过程，系统本质，数字信号处理的优缺点。

难点：

A/D转换器，前置取样滤波，量化器。

讨论、思考、作业：

1.为什么要学习《数字信号处理》这门课程？

2．结合以前知识，思考为什么数字信号处理过程的第一步骤是加入前置滤波器？

3.怎样理解数字信号处理过程中的量化误差和采样间隔？

参考资料：

[1]A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。

西安，西安交通大学出版社，2001.

[2]丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[3]高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）－学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[4]维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理－使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.

[5]江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012

教学过程设计：

新课导入5分钟，授新课90分钟，安排讨论20分钟，布置作业5分钟（时间分配仅供参考）

授课类型：

　理论课　讨论课　实验课　练习课　其他

教学方式：

　讲授　　讨论　　指导　　其他

教学资源：

　多媒体　　　模型　　　实物　　挂图　　　音像　　其他

第2次课的教学整体安排

授课时间

第2周第3-5节

课时安排

3学时

授课题目（教学章、节或主题）：

时域离散系统；

时域离散系统的输入输出描述法；

模拟信号数字处理方法；

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

了解取样定理的推导过程，深刻理解取样定理的意义及其作用，从而巩固以前所学的在时域和频域上分析信号的知识；掌握信号重建的过程；熟练掌握离散时间信号的表示及其运算规则。

教学内容：

基本内容：

连续时间信号的取样及取样定理

一、信号的取样

二、取样定理

三、信号的恢复

离散时间信号的表示及其运算规则

一、离散时间系统

二、线性系统

三、非时变系统

四、单位取样响应与卷积

五、卷积计算方法

六、系统的稳定性和因果性

七、差分方程

重点：

时域离散系统的性质，用递推解法求解线性常系数差分方程。

难点：

时域采样定理。

讨论、思考、作业：

3．思考讨论时域离散系统的性质的物理意义。

注：

教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。

参考资料：

[1]A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。

西安，西安交通大学出版社，2001.

[2]丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[3]高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）－学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[4]维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理－使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.

[5]江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012

教学过程设计：

复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）

授课类型：

　理论课　讨论课　实验课　练习课　其他

教学方式：

　讲授　　讨论　　指导　　其他

教学资源：

　多媒体　　　模型　　　实物　　挂图　　　音像　　其他

第3课的教学整体安排

授课时间

第3周第3-5节

课时安排

3学时

授课题目（教学章、节或主题）：

时域离散信号和系统的频域分析

时域离散信号的傅立叶变换的定义及性质；

周期序列的离散傅立叶级数及傅立叶变换表示式；

时域离散信号的傅立叶变换与模拟信号的傅立叶变换之间的关系

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

了解时域离散信号的傅立叶变换的定义及性质，理解周期序列的离散傅立叶级数及傅立叶变换表示式，掌握时域离散信号的傅立叶变换与模拟信号的傅立叶变换之间的关系。

掌握离散时间系统的线性、非时变性、稳定性、因果性的概念；熟练计算离散序列的卷积。

教学内容：

基本内容：

时域离散信号的傅立叶变换的定义；

时域离散信号的傅立叶变换的性质；

周期序列的离散傅立叶级数；

周期序列的离散傅立叶变换表示式；

时域离散信号的傅立叶变换与模拟信号的傅立叶变换之间的关系。

重点：

时域离散信号的傅立叶变换的定义、性质和应用。

难点：

模拟信号与序列各自傅里叶变化的异同，卷积定理。

讨论、思考、作业：

1．思考讨论周期序列的离散傅立叶级数的意义。

2．思考模拟信号与序列各自傅里叶变化的异同。

4．如何判断系统的线性、非时变性、稳定性和因果性？

5．如何计算卷积？

6．对于一个因果的线性非时变系统，怎样从差分方程的形式转换为单位取样响应的形式？

注：

教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。

参考资料：

[1]A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。

西安，西安交通大学出版社，2001.

[2]丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[3]高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）－学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[4]维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理－使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.

[5]江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012

教学过程设计：

复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）

授课类型：

　理论课　讨论课　实验课　练习课　其他

教学方式：

　讲授　　讨论　　指导　　其他

教学资源：

　多媒体　　　模型　　　实物　　挂图　　　音像　　其他

第4次课的教学整体安排

授课时间

第4周第3-5节

课时安排

3学时

授课题目（教学章、节或主题）：

序列的Z变换；

利用Z变换分析信号和系统的频响特性；

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

掌握Z变换的定义；熟练计算有限长序列、左边序列、右边序列、双边序列的Z变换和收敛域。

教学内容：

基本内容：

序列的Z变换；

Z变换的收敛域；

利用Z变换分析信号；

求逆Z变换；

利用Z变换分析系统的频响特性。

重点：

Z变换的定义、性质和应用。

难点：

Z变换和傅里叶变化的关系。

讨论、思考、作业：

2．思考讨论Z变换的收敛域对求Z变换及其逆Z变换的影响。

3．如何计算有限长序列、左边序列、右边序列、双边序列的Z变换和收敛域？

4．为什么右边序列的收敛域是最大极点所对应的圆外，左边序列收敛域是最小极点所对应的圆内？

注：

教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。

参考资料：

[1]A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。

西安，西安交通大学出版社，2001.

[2]丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[3]高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）－学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[4]维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理－使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.

[5]江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012

教学过程设计：

复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）

授课类型：

　理论课　讨论课　实验课　练习课　其他

教学方式：

　讲授　　讨论　　指导　　其他

教学资源：

　多媒体　　　模型　　　实物　　挂图　　　音像　　其他

第5次课的教学整体安排

授课时间

第5周第3-5节

课时安排

3学时

授课题目（教学章、节或主题）：

离散傅立叶变换

离散傅立叶变换的定义及物理意义；

线性、循环移位性质

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

掌握离散时间傅立叶变换的定义和意义；了解拉氏变换、傅立叶变换和Z变换三者之间的转换关系；并在数字域分析出稳定的因果系统其Z变换收敛域包含单位圆，且极点在单位圆内。

教学内容：

基本内容：

离散傅立叶变换的定义；

离散傅立叶变换的物理意义

离散傅立叶变换的线性性质；

离散傅立叶变换的循环移位性质；

重点：

离散傅立叶变换的定义，及其物理意义。

难点：

循环移位性质。

讨论、思考、作业：

1．如何计算离散时间傅立叶变换？

3．证明出稳定的因果系统其Z变换收敛域包含单位圆，且极点在单位圆内。

4．思考讨论离散傅立叶变换和傅立叶变换的区别。

5．思考讨论循环移位性质的过程。

注：

教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。

参考资料：

[1]A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。

西安，西安交通大学出版社，2001.

[2]丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[3]高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）－学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[4]维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理－使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.

[5]江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012

教学过程设计：

复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）

授课类型：

　理论课　讨论课　实验课　练习课　其他

教学方式：

　讲授　　讨论　　指导　　其他

教学资源：

　多媒体　　　模型　　　实物　　挂图　　　音像　　其他

第6次课的教学整体安排

授课时间

第6周第3-5节

课时安排

3学时

授课题目（教学章、节或主题）：

循环卷积定理、复共轭序列的DFT及DFT的共轭对称性；

频率采样、DFT的应用举例

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

掌握循环卷积定理；

理解复共轭序列的DFT及DFT的共轭对称性；

掌握频率采样定理。

教学内容：

基本内容：

离散傅立叶变换的循环卷积定理；

复共轭序列的DFT及DFT的共轭对称性；

频率采样定理；

DFT的应用举例。

重点：

复共轭序列的DFT。

频率采样定理。

难点：

离散傅立叶变换的循环卷积定理。

DFT和Z变换之间的联系。

讨论、思考、作业：

1．思考讨论复共轭序列的DFT的意义，及在计算DFT中的作用。

2．思考讨论循环卷积定理和线性卷积定理的区别及联系。

3．频率采样定理和时域采样定理的区别。

4．周期离散时间信号的傅立叶级数为什么是离散周期的？

5．在频域上离散的采样间隔是多少？

注：

教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。

参考资料：

[1]A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。

西安，西安交通大学出版社，2001.

[2]丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[3]高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）－学习指导，西安，西安电

子科技大学出版社，2008.

[4]维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理－使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.

[5]江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012

教学过程设计：

复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）

授课类型：

　理论课　讨论课　实验课　练习课　其他

教学方式：

　讲授　　讨论　　指导　　其他

教学资源：

　多媒体　　　模型　　　实物　　挂图　　　音像　　其他

第7次课的教学整体安排

授课时间

第7周第3-5节

课时安排

3学时

授课题目（教学章、节或主题）：

基2FFT快速傅立叶变换

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

了解快速傅立叶变换（FFT）的意义和重要性，掌握按照时间抽取的FFT算法，会分析并计算FFT算法的时间。

教学内容：

基本内容：

基2FFT算法；

时域抽取法基2FFT基本原理；

频域抽取法基2FFT基本原理。

重点：

时域抽取法基2FFT基本原理。

频域抽取法基2FFT基本原理。

IDFT的高效算法。

难点：

快速运算的算法思想。

讨论、思考、作业：

1．为什么要研究傅立叶变换的快速算法？

2．按照时间抽取的FFT算法。

3．按照频率抽取的FFT算法。

4．思考讨论时域抽取法和频域抽取法相似和不同点。

5．如何在MATLAB上实现FFT。

6．画16点按照时间抽取的FFT，并分析其计算的时间。

注：

教师也可以根据教学的实际情况另外布置其他讨论题、思考题和作业。

参考资料：

[1]A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。

西安，西安交通大学出版社，2001.

[2]丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[3]高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）－学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[4]维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理－使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.

[5]江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012

教学过程设计：

复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）

授课类型：

　理论课　讨论课　实验课　练习课　其他

教学方式：

　讲授　　讨论　　指导　　其他

教学资源：

　多媒体　　　模型　　　实物　　挂图　　　音像　　其他

第8次课的教学整体安排

授课时间

第8周第3-5节

课时安排

3学时

授课题目（教学章、节或主题）：

IIR和FIR的基本网络结构

线性相位、频率采样的结构

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

掌握用信号流图表示网络结构，掌握

IIR系统的三种基本网络结构，掌握

FIR系统的两种基本网络结构，理解FIR系统的线性相位、频率采样的结构。

教学内容：

基本内容：

信号的算法对系统运算误差、速度及其系统复杂度和成本的影响；

信号流图表示网络结构的三种基本运算；

IIR系统的三种基本网络结构：

直接型、级联型和并联型；

FIR系统的两种基本网络结构：

直接型和级联型；

FIR系统的线性相位结构；

FIR系统的频率采样的结构

重点：

信号流图表示网络结构的基本运算。

难点：

IIR系统的三种基本网络结构，FIR系统的两种基本网络结构。

讨论、思考、作业：

1．什么是IIR滤波器，什么是FIR滤波器，它们的系统函数各自有什么特点。

2．思考讨论线性相位结构对减小运算量的作用。

注：

教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。

参考资料：

[1]A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。

西安，西安交通大学出版社，2001.

[2]丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[3]高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）－学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[4]维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理－使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.

[5]江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012

教学过程设计：

复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）

授课类型：

　理论课　讨论课　实验课　练习课　其他

教学方式：

　讲授　　讨论　　指导　　其他

教学资源：

　多媒体　　　模型　　　实物　　挂图　　　音像　　其他

第9次课的教学整体安排

授课时间

第9周第3-5节

课时安排

3学时

授课题目（教学章、节或主题）：

格型网络的结构

无限脉冲响应数字滤波器的设计的基本概念

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

了解格型网络的结构；理解无限脉冲响应数字滤波器的设计的基本概念。

教学内容：

基本内容：

格型网络的结构；

无限脉冲响应数字滤波器的设计的基本概念；

重点：

格型网络的结构中的系数的求法。

难点：

无限脉冲响应数字滤波器的分类及技术指标。

讨论、思考、作业：

1．讨论格型网络的结构中的系数的递推方法。

2．讨论数字滤波器和模拟滤波器的区别。

3.怎样根据要求的参数设计Butterworth模拟滤波器？

注：

教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。

参考资料：

[1]A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。

西安，西安交通大学出版社，2001.

[2]丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[3]高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）－学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[4]维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理－使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.

[5]江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012

教学过程设计：

复习5分钟，授新课90分钟，安排讨论20分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）

授课类型：

　理论课　讨论课　实验课　练习课　其他

教学方式：

　讲授　　讨论　　指导　　其他

教学资源：

　多媒体　　　模型　　　实物　　挂图　　　音像　　其他

第10次课的教学整体安排

授课时间

第10周第3-5节

课时安排

3学时

授课题目（教学章、节或主题）：

模拟滤波器的设计介绍；

模拟低通滤波器的设计指标和逼近方法

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

掌握模拟滤波器的设计步骤；掌握和理解模拟低通滤波器的设计指标和逼近方法。

教学内容：

基本内容：

模拟滤波器的设计步骤；

模拟低通滤波器的设计指标；

模拟低通滤波器的逼近方法。

重点：

模拟滤波器的设计步骤。

难点：

模拟低通滤波器的设计指标。

模拟低通滤波器的逼近方法。

讨论、思考、作业：

1．思考通过设计模拟滤波器来设计数字滤波器的原因。

2．总结从模拟滤波器变成数字滤波器的方法，脉冲响应不变法和双线性变换法。

注：

教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。

参考资料：

[1]A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。

西安，西安交通大学出版社，2001.

[2]丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[3]高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）－学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[4]维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理－使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.

[5]江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012

教学过程设计：

复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业试验5分钟（时间分配仅供参考）

授课类型：

　理论课　讨论课　实验课　练习课　其他

教学方式：

　讲授　　讨论　　指导　　其他

教学资源：

　多媒体　　　模型　　　实物　　挂图　　　音像　　其他

第11次课的教学整体安排

授课时间

第11周第3-5节

课时安排

3学时

授课题目（教学章、节或主题）：

巴特沃斯低通滤波器的设计

切比雪夫和椭圆滤波器的设计

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

掌握巴特沃斯低通滤波器的设计过程，及其求参数指标的过程。

理解切比雪

夫I型低通滤波器的设计原理；了解椭圆滤波器的设计原理。

教学内容：

基本内容：

巴特沃斯低通滤波器的设计原理；

求解巴特沃斯低通滤波器的阶数和3DB截至频率；

切比雪夫I型低通滤波器的设计原理；

椭圆滤波器的MATLAB实现。

重点：

低通滤波器的设计原理。

难点：

滤波器参数的计算。

讨论、思考、作业：

1．思考巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器的优缺点。

2．切比雪夫滤波器波形和阶数的联系是什么？

3．怎样根据要求的参数设计切比雪夫I型模拟滤波器？

4．已知切比雪夫I滤波器通带波纹为1dB，截止频率0.3rads阻带截止频率0.5rads，阻带衰减大于15dB，求切比雪夫滤波器。

注：

教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。

参考资料：

[1]A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。

西安，西安交通大学出版社，2001.

[2]丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[3]高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）－学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.

[4]维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理－使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.

[5]江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012

教学过程设计：

复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业5分钟（时间分配仅供参考）

授课类型：

　理论课　讨论课　实验课　练习课　其他

教学方式：

　讲授　　讨论　　指导　　其他

教学资源：

　多媒体　　　模型　　　实物　　挂图　　　音像　　其他

第12次课的教学整体安排

授课时间

第12周第3-5节

课时安排

3学时

授课题目（教学章、节或主题）：

频率变换与模拟滤波器的设计

教学目的、要求（分掌握、理解、