数字信号处理实验教学

第一篇：数字信号处理实验教学

数字信号处理实验讲稿

邯 郸 学 院

讲 稿

2010 ～2011 学年 第 一 学期

分院(系、部)： 信息工程学院 教 研 室： 电子信息工程 课 程 名 称： 数字信号处理

授 课 班 级： 07级电子信息工程

主 讲 教 师： 王苗苗 职

称：

助教(研究生)

使 用 教 材： 《数字信号处理》

制 作 系 统：

Word2003

邯郸学院制

实验一.. Matlab仿真软件介绍

一、实验目的

熟悉Matlab仿真软件

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、学习Matlab仿真软件的安装

2、熟悉Matlab仿真软件的操作环境

3、直接在Matlab仿真软件的命令窗口实现数值计算

4、编写M文件

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

1、熟悉Matlab仿真软件

2、参阅Matlab及在电子信息类课程中的应用(第2版)唐向宏 电子工业出版社

实验二 离散信号和系统分析的Matlab实现

一、实验目的

1、Matlab实现离散信号和系统分析

2、进一步熟悉Matlab软件操作

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、利用Matlab产生离散信号

2、利用Matlab计算离散卷积

3、利用Matlab求解离散LTI系统响应

4、利用Matlab计算DTFT

5、利用Matlab实现部分分式法

6、利用Matlab计算系统的零极点

7、利用Matlab进行简单数字滤波器设计

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

预习课本上的相关内容

实验三 利用Matlab实现信号DFT的计算

一、实验目的

1、Matlab实现信号DFT的计算

2、进一步熟悉Matlab软件操作

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、利用Matlab计算信号的DFT

2、利用Matlab实现由DFT计算线性卷积

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

预习课本上的相关内容

实验四 利用Matlab实现滤波器设计

一、实验目的

1、Matlab实现实现滤波器设计

2、进一步熟悉Matlab软件操作

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、 利用Matlab实现模拟低通滤波器的设计

2、 利用Matlab实现模拟域频率变换

3、 利用Matlab实现脉冲响应不变法

4、 利用Matlab实现双线性变换法

5、 利用Matlab实现数字滤波器设计

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

预习课本上的相关内容

实验五 利用Matlab实现FIR滤波器设计

一、实验目的

1、Matlab实现实现滤波器设计

2、进一步熟悉Matlab软件操作

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、利用Matlab实现窗函数法

2、利用Matlab实现频率取样法

3、利用Matlab实现优化设计

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

预习课本上的相关内容

实验六.. 随机信号功率谱估计的Matlab实现

一、实验目的

1、Matlab实现实现滤波器设计

2、进一步熟悉Matlab软件操作

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、利用Matlab实现随机序列

2、利用Matlab计算相关函数的估计

3、利用Matlab进行非参数功率谱估计

4、利用Matlab进行AR模型功率谱估计

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

预习课本上的相关内容

实验七.. 数字滤波器结构的Matlab实现

一、实验目的

1、Matlab实现实现滤波器设计

2、进一步熟悉Matlab软件操作

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、利用Matlab实现数字滤波器直接型设计

2、利用Matlab实现数字滤波器级联设计

3、利用Matlab实现数字滤波器并联型设计

4、利用Matlab实现数字滤波器格型设计

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

预习课本上的相关内容

实验八.... 利用Matlab实现信号小波分析

一、实验目的

1、Matlab实现实现滤波器设计

2、进一步熟悉Matlab软件操作

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、小波测试信号

2、分解与重构滤波器组

3、离散小波变换

4、离散小波反变换

5、基于小波的信号去噪

6、基于小波的信号压缩

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

预习课本上的相关内容

第二篇：《数字信号处理》理论教学大纲

先修课程：概率论、线性代数、复变函数、C语言程序设计、信号与系统。

一、课程性质和任务

《数字信号处理》是电子信息工程、通信工程专业的一门学科基础必修课。通过本课程的学习，使学生建立 “数字信号处理”的基本概念，掌握数字信号处理基本分析方法和分析工具，为从事通信、信息或信号处理等方面的研究工作打下基础。

二、教学内容和要求

通过对本课程的学习，要求学生系统地掌握数字信号处理的基本原理和基本分析方法，能建立基本的数字信号处理模型。学会运用数字信号处理的两个主要工具—快速傅立叶变换(FFT)与数字滤波器，为后续数字技术方面课程的学习打下理论基础。

课程的主要内容如下:

1、时间离散信号与系统

教学内容：理解信号数字处理的基本原理、数字信号处理的应用及研究内容。掌握离散信号----序列的产生及描述，掌握离散(数字)系统的表示----差分方程及系统时域卷积分析方法。

教学难点：离散系统的表示方法

2、Z变换 教学内容：理解并掌握z变换及其收敛区(ROC)的概念、z变换和反z变换的计算方法。

3、离散傅立叶变换(DFT)

教学内容：理解并掌握常用离散信号DFT变换和性质和计算、离散傅立叶级数 DFS的概念及意义和性质、DFT的定义及性质、周期卷积和圆周卷积以及线性卷积的关系、离散(数字)系统的变换分析方法、系统频响和系统函数H(z)的概念及其计算。

教学难点：DFT的应用

4、数字滤波器基本结构

教学内容：理解并掌握数字滤波器的常用结构形式(IIR直接型、级联型、并联型，FIR直接型、级联型)。

5、数字滤波器设计

IIR数字滤波器的设计方法

教学内容：主要理解并掌握冲激响应不变法等，数字滤波器参数(通带、阻带、阶数等)的物理概念。

教学难点：实际IIR滤波器的设计

FIR数字滤波器的设计方法 教学内容：主要理解并掌握FIR数字滤波器特点，理解数字滤波器(主要是低通)的双线性变换法(IIR)和窗函数法(FIR)两种设计方法，各种滤波器的设计。

教学难点：窗函数设计法

6、离散希尔伯特变换

教学内容：了解时间连续信号的希尔伯特变换、时间离散信号的希尔伯特变换、因果序列FT下的希尔伯特变换。

7、数字信号处理技术的实现 教学内容：了解DSP技术概述

三、教材和参考资料

(一)建议教材

《数字信号处理》，丁玉美，西安电子科技大学出版社，2005年。

(二)参考书目

1、《数字信号处理教程》，程佩青编著，清华大学出版社，2001年。

2、《数字信号处理》，陆光华、张林让、谢智波，西安电子科技大学出版社，2005年。

3、《数字信号处理(第二版)学习指导》，高西全，丁玉美编著，西安电子科技大学出版社，2001年 。

4、《离散时间信号处理(第二版)》，A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，刘树棠，黄建国译，西安交通大学出版社，2001。

修订：罗仁泽 审定：汪亚南，罗朗

《数字信号处理》课程实验教学大纲

课程编号：10103535 实验学时数：8学时 学分：3.5 先修课程：概率论、线性代数、复变函数、C语言程序设计、信号与系统。

考核方式：平时动手能力、实验报告，占课程总分20%。

一、实验教学目标和任务

数字信号处理是发展迅速的一门学科，应用极其广泛，是电子信息工程、通信工程专业本科的必修专业课。通过本课程实验，使学生更好地掌握数字信号处理的基本概念和基本分析方法，培养分析问题、解决问题的实践能力，使学生具有初步的算法分析和运用MATLAB编程的能力。

二、实验项目及学时分配

实验一 FFT分析信号频谱(2学时)

1、实验目的：加深对FFT的理解，掌握FFT分析信号的方法。

2、实验内容：

(1)编制FFT程序，并用于分析正弦、矩形、三角形信号的频谱;

(2)观察混迭泄漏，栅栏效应; (3)加窗作用。

3、主要仪器设备：计算机、打印机。 实验二 线性卷积(2学时)

1、实验目的：掌握运用循环卷积实现快速线性卷积的方法。

2、实验内容：

(1)编制直接法和FFT方法计算线性卷积的程序;

(2)比较给定输入信号和冲激响应下，不同的卷积方法的结果以及计算速度。

3、主要仪器设备：计算机、打印机。 实验三 IIR滤波器结构的实现(2学时)

1、实验目的：掌握IIR滤波器三种结构的编程方法。

2、实验内容：

(1)编制IIR滤波器三种结构(直接型、级联型和并联型)的程序;

(2)对给定的三个传递函数选择合适的结构实现之;

(3)使信号通过滤波器，观察输出序列及滤波器频域响应。

3、主要仪器设备：计算机、打印机。 实验四 FIR滤波器结构的实现(2学时)

1、实验目的：掌握FIR滤波器二种结构的编程方法。 2、实验内容：

(1)编制FIR滤波器二种结构(直接型和级联型)的程序; (2)对给定二个传递函数选择合适的结构实现之;

(3)使信号通过滤波器，观察输出序列及滤波器的频域响应。

3、主要仪器设备：计算机、打印机。

实验五 IIR滤波器设计(2学时，必选)

1、实验目的：掌握脉冲响应不变法设计IIR滤波器的原理及其方法。

2、实验内容：

(1)编制脉冲响应不变法设计IIR滤波器的程序;

(2)设计给定要求的低通滤波器;

(3)观察阶数的影响。

3、主要仪器设备：计算机、打印机。

实验六 FIR滤波器的设计(2学时，必选)

1、实验目的：掌握窗函数法设计FIR滤波器程序; 2、实验内容：

(1)编制窗函数法设计FIR滤波器程序;

(2)设计给定要求的FIR滤波器; (3)观察长度、窗函数对频率特性的影响。

3、主要仪器设备：计算机、打印机。

三、实验教材及实验指导书

(一)《数字信号处理》，陆光华、张林让、谢智波，西安电子科技大学出版社，2005年。

(二)《数字信号处理》，丁玉美，西安电子科技大学出版社，2005年。

(三)《数字信号处理》，程佩青，清华大学出版社，2001年。

第三篇：数字信号处理课程设计教学大纲

课程设计编码：1213261 周数：1 学分：1 适用专业：通信工程、电子信息工程

一、课程设计的性质与任务

1. 课程性质：

《数字信号处理》是电子信息工程专业本科学生的集中实践教学环节之一。主要在掌握数字信号基本概念、性质以及数字信号处理的基本方法的基础上，利用自己在数字信号处理课程中所学的知识进行数字滤波器的综合设计。 2. 课程设计的目的

通过对常用数字滤波器的设计和实现，掌握数字信号处理的工作原理及设计方法;掌握利用数字滤波器对信号进行滤波的方法。并能够对设计结果加以分析。 3. 课程任务：

通过对本门课程设计的学习，使学生深刻掌握数字信号处理的基本原理和基本实现方法;要让学生能够通过动手设计掌握数字信号处理基本实现方法，能够作到举一反三，触类旁通，并为将来的毕业设计作准备。

二、课程设计的内容及其要求

课程设计的主要内容：

1、设计一个数字滤波器(低通、高通、带通、带阻均可)。

2、将待处理信号送入数字滤波器。

3、观察滤波结果。

4、将滤波结果与预期结果比较。

5、分析结果与预期有差异的原因并提出解决方法。 本次课程设计的具体求为：

1、根据具体任务确定自己要设计的数字滤波器的类别;

2、根据具体任务确定所设计的数字滤波器的具体参数指标;

3、根据拟定的滤波器类别和指标设计数字滤波器;

4、利用所设计的数字滤波器对滤波对象进行滤波并检验滤波结果;

设计时可以根据课题需要，要求学生独立完成或分组完成设计任务，至少完成上述内容中的前四项的数字滤波器设计、调试。要求数字滤波器必需能够对待处理信号进行相应的处理，其整个处理过程要能够正确演示，并提交包括下述内容的课程设计总结报告：

1、用户手册：说明如何设计的数字滤波器;

2、数字滤波器设计及工作过程、结果分析总结(需指出所遇到问题，可行的解决途径)。

三、课程设计的时间安排

日期 内容安排

星期一 课程设计动员，按照设计要求分析设计参数和基本思路 星期二 滤波器设计的理论部分

星期三 滤波器设计的实现(编程调试等) 星期四 滤波器设计结果分析，撰写课程设计说明书 星期五 最后定稿，上交设计结果和说明书

四、主要参考文献

《数字信号处理——基于计算机的方法》电子工业出版社.Sanjit K. Mitral 《数字信号处理——原理与实践》清华大学出版社.方勇 《数字信号处理教程》清华大学出版社.程佩青

五、课程设计的成绩评定

成绩考核时，根据学生在设计中的表现和设计结果(包括演示和设计报告)，综合考核，成绩分为5级分制，优、良、中、及格、不及格。

六、有关说明

本门课程的先修课程主要包括：高等数学、工程数学、模拟电子、数字电子、信号与系统、数字信号处理等。

执笔人：王晓宁 审核人：周昕 教学院长： 范立南

第四篇：《数字信号处理》实验三用双线性变换法设计IIR数字滤波器

实验三 用双线性变换法设计IIR数字滤波器

一、 实验目的

1、熟悉用双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理与方法

2、掌握数字滤波器的计算机仿真方法

3、通过观察对实际心电图信号的滤波作用获得数字滤波的感性知识。

二、 实验内容及原理

1、用双线性变换法设计一个巴特沃斯低通IIR数字滤波器。设计指标参数为在通带内截止频率低于0.2时最大衰减小于1dB在阻带内0.3频率区间上最小衰减大于15dB。

2、以0.02为采样间隔打印出数字滤波器在频率区间0/2上的幅频响应特性曲线。

3、用所设计的滤波器对实际心电图信号采样序列进行仿真滤波处理并分别打印出滤波前后的心电图信号波形图观察总结滤波作用与效果。 教材例中已求出满足本实验要求的数字滤波系统函数 31kkzHzH 3211212121kzCzBzzAzHkkk 式中 A0.09036 2155.09044.03583.00106.17051.02686.1332211CBCBCB

三、实验结果 心电图信号采样序列 0510152025303540455055-100-50050nxn心电图信号采样序列xn 用双线性变换法设计IIR数字滤波器一级滤波后的心电图信号 0102030405060-100-80-60-40-2002040ny1n一级滤波后的心电图信号 二级滤波后的心电图信号 0102030405060-100-80-60-40-2002040ny2n二级滤波后的心电图信号 三级滤波后的心电图信号 0102030405060-80-60-40-2002040ny3n三级滤波后的心电图信号 用双线性变换法设计IIR数

验字滤波器滤代波器的幅频响应曲线 码 00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5-50-40-30-20-10010w/pi20lgHjw滤波器的幅频响应曲线

四、实x-4-20-4-6-4-2-4-6-6-4-4-6-6-261280-16-38-60-84-90-66-32-4-2-48121210666400000-2-4000-2-200-2-2-2-20 n0:55 subplot111 stemnx. axis0 55 -100 50 xlabeln ylabelxn title心电图信号采样序列xn N56 A0.09036 20.09036 0.09036 B1 -1.2686 0.7051 B11 -1.0106 0.3583 B21 -0.9044 0.2155 y1filterABx n0:55 figure subplot111 stemny1. xlabeln ylabely1n title一级滤波后的心电图信号 y2filterAB1y1 n0:55 figure 用双线性变换法设计IIR数字滤波器subplot111 stemny2. xlabeln ylabely2n title二级滤波后的心电图信号 y3filterAB2y2 n0:55figure subplot111 stemny3. xlabeln ylabely3n title三级滤波后的心电图信号 A0.09036 20.09036 0.09036 B11 -1.2686 0.7051 B21 -1.0106 0.3583 B31 -0.9044 0.2155 H1wfreqzAB1100 H2wfreqzAB2100 H3wfreqzAB3100 H4H1.H2 HH4.H3 magabsH db20log10mageps/maxmag figure subplot111 plotw/pidb axis0 0.5 -50 10 xlabelw/pi ylabel20lgHjw title滤波器的幅频响应曲线

五、实验总结 双线性变换法的特点 对频率的压缩符合下列公式 11112zzTs sTsTz22 用双线性变换法设计IIR数字滤波器这样的变换叫做双线性变换。用双线性变换法来设计数字滤波器由于从s面映射到s1面具有非线性频率压缩的特点因此不可能产生频率混叠现象而且转换成的Hz是因果稳定的这是双线性变换法的最大优点。其缺点是w与之间的非线性关系直接影响数字滤波器频香逼真的模仿模拟滤波器的频响。 数字滤波器的输入和输出均为数字信号通过一定的运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分。数字滤波器可以通过模拟其网络传输函数进行实现。如图中所示滤波器对其高于截止频率的频段产生很高的衰减所得信号较之原信号剔除了高频的成分。

第五篇：《数字信号处理》课程教学的心得体会

对《数字信号处理》课程教学的认识

“业精于勤而荒于嬉，行成于思而毁于随。”这是我的座右铭。我也一直用它来指导我学习《数字信号处理》这门课程课程。我是湖南涉外经济学院电气与信息工程学部通信工程0801班的谭星云。这学期在罗志年博士的讲授下，学习了《数字信号处理》这门课，采用的教材是程佩青教授主编清华大学出版社出版的《数字信号处理教程》(第三版)。通过这门课的学习，让我理解了信号分析和处理的基本原理、 方法和技巧。数字信号可以通过对连续信号进行采样和量化(或离散数字化)后得到，再利用离散傅里叶变换(DFT )对其进行频谱分析。但是，离散傅里叶变 换(DFT )处理数字信号时，计算量太大，不便于实时计算，在计算时应采用快速傅里叶变换(FFT )，快速傅里叶变换不是一种新的变换，而是离散傅里叶 变换的快速算法。学习的意义和重要性在于学习过程本身学习的意义和学习除了能掌握相关理论知识外，更重要的是我们在学习过程中我们的思考和得到的启示。

理论验证性实验的内容中应设置问题让学生思考。鼓励学生通过重新编写MATLAB程序验证个人答案。对于设计性实验，课程讲完之后要求学生根据课堂内容，编写相应的设计程序，当然对于用到的主要MATLAB函数要进行汇总和说明。设计工作完成后要编程验证设计的正确性。要引导学生学会利用MATLAB工具箱所提供的不同设计手段进行设计。比如FIR数字滤波器的设计，最常用的是窗函数设计法，学生可根据设计指标选择不同的窗函数和长度，在理想滤波器上加窗函数就可得到所需要的滤波器的单位脉冲响应，所设计的滤波器正确与否，要通过验证程序，有两种验证方法：求出所设计滤波器的频谱上的边界频率处的衰减;求时域信号通过滤波器时的响应。由于FIR滤波器的最大特点是实现线性相位特性，故还应检查滤波器对有效信号有无失真。通过该实验学会对FIR数字滤波器的设计方法及应用方法。从而为进一步的硬件设计打好基础。

罗老师将学生的需求、学生将来的发展方向等列为教学的首要目的，真正体现了以人为本的思想，这一点很多高校并没有做到，也值得很多高校借鉴和学习。现在很多高校或课程组为了自身的利益申请精品课程，指示从申报材料体现了自身的特点，但实际

中并没有做到这一点;很多高校为了数量上的要求，让能开双语教学的课程都开双语教学，根本不考虑老师自身的业务水平和学生的接受能力;很多老师为了自身的名誉或评职称的需要出书，根本没考虑书的质量;很多学校为了开设实验而开设实验，并没有考虑学生真正需要的是什么，最终搞的只不过是往上申报材料的一个砝码，学生并没有从实验中受益，甚至根本不知道目的何在。我觉得我们学校的数字信号处理课程教学的模式，从实际出发提高学生的能力，但有些还是需要不断地改进，不单单只是数字信号处理这个课程，不是为了形式上的需求而双语教学，真正做到了解学生所需，让学生有更多的机会学习前沿知识，参与到现实的数字信号处理过程中。当然要完成这一点并不是一个老师、一个课程组的努力就可以了，需要学校政策的支持、教学氛围的完善以及长期不懈的努力。

一直以来，我对信号课程的教学也是提倡概念的理解、分析方法的掌握，计算是次要的，如在滤波器设计部分，我让学生掌握设计的方法、过程和注意的要点。但是在实际教学中有时也很迷茫，因为考试的时候需要考计算，如果不通过计算学生是得不到练习，也没办法掌握方法。通过本学期《数字信号处理》和上学期《信号与系统》课程的学习，从罗老师和董老师得到很大的启发，通过淡化计算，注重概念的分析和理解以及该部分内容教学的目标，这样学生在学习过程中思路会更清楚，当然掌握的也更快、效果也更好。

在学习期间，罗志年博士就本课程的应用和地位内涵、精品课程的建设、双语教学、课程教学的基本要求和大纲以及如何让学生更佳受益和实践教学等方面做了详细的讲解。通过罗老师的指导，我得到很大的启发，通过淡化计算，注重概念的分析和理解以及该部分内容教学的目标，这样学生在学习过程中思路会更清楚，当然掌握的也更快、效果也更好。通过学习和交流，让我对《数字信号处理》这门课程和信号处理学科有了新的认识，新的见解。