| 自动化
《数字信号处理》课程教学大纲
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课程名称及编号:数字信号处理（A类） |
学分 / 学时：2/34 |
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主讲教师（姓名、职称）: 路林吉 副教授 |
授课语言: 中文 |
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必修/选修: 必修 |
开课时间: 每学年第一学期 |
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适用专业：自动化、仪器仪表 |
开课单位：自动化系 |
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授课方式: 课堂教学 |
考核方式: 平时成绩30%+期末考试70% |
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先修课程: 信号与系统、工程数学 |
后修课程 自动控制原理 |
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课程简介: 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。本课程着重介绍DSP的基本概念和基本理论，主要包括：时域离散信号与时域离散系统，时域离散信号与系统的频域分析，离散傅立叶变换（DFT），快速傅立叶变换（FFT），时域离散系统的基本网络结构和分析法，IIR滤波器的设计，FIR滤波器的设计。并通过实验加强实践环节，为学生今后能应用DSP技术解决实际工作中的问题打下良好的理论和实践基础。 |
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课程培养目标： 本课程是一门实践性较强的课程，通过教学和试验，使学生掌握数字信号处理系统设计的基本理论和基本方法，培养和提高学生数字信号处理系统设计和分析的能力，并通过该课程的学习扩大学生知识面，为今后的研究和技术工作打下坚实的基础。 |
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教学要求： 通过本课程的学习，学生可以掌握以下能力： 1、 能够将工程数学、信号与系统的基本原理和数字信号处理的具体问题结合起来，解决实际工作中的FFT变换及快速FFT变换问题。 2、 能够应用工程数学、信号与系统及数字信号处理的，识别、表达、并通过文献研究分析复杂的数字信号处理问题。 3、能够基于数字信号处理的基本原理分析和设计各种FIR和IIR滤波器，并能编程实现。 |
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撰写者: 路林吉 发布时间: 2014.3 |
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一、课程性质和教学目标
课程性质：此课程是针控制理论与控制工程专业本科三年级所开设的专业基础课程，也可作为仪器仪表等专业的选修课程。
教学目标：围绕信号基础、傅里叶变换和滤波器三条主线，培养学生了解数字信号处理的基本原理和电子科学与工程设计人员的思维方式及研究方法。
本课程各教学环节对人才培养目标的贡献见下表。
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知识能力素质要求 |
各教学环节的贡献度 |
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课堂讲授 |
课堂讨论 |
自学 |
小组大作业 |
作业 |
考试 |
课堂整体贡献度 |
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知识 |
知识体系 |
要求掌握以信号基础、傅里叶变换和滤波器为主的数字信号处理的基本原理，以及与生命科学、电气工程、仪器仪表等学科和领域的关系及其应用。 |
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能力 |
清晰思考和用语言文字准确表达的能力 |
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发现、分析和解决问题的能力 |
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批判性思考和创造性工作的能力 |
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与不同类型的人合作共事的能力 |
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至少一种外语的应用能力 |
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终生学习的能力 |
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组织管理能力 |
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获取整理信息的能力* |
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素质 |
志存高远、意志坚强 |
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刻苦务实、精勤进取 |
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身心和谐、视野开阔 |
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思维敏捷、乐于创新 |
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注：“√”的数量从１－３，代表贡献的大小。
二、课程教学内容及学时分配
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教学内容 |
学时 |
课堂教学 |
讨论 |
作业及要求 |
自学及要求 |
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1、 时域离散信号与系统 （概述、时域离散信号、时域离散系统、卷积、常系数线性差分方程、数字化处理方法、基于MATLAB的离散时域分析） |
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课堂教学中融入小组讨论 |
每章课堂教学后有课外作业，要求独立完成。 |
课后自学时间4学时 |
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2、 Z的变换与离散系统的频域 （Z变换、Z的变换收敛区及典型序列Z变换、Z反变换、Z变换的性质与定理、Z变换与拉普拉斯变换、傅里叶变换的关系、序列的傅里叶变换及其性质、系统函数与系统特性、基于MATLAB的离散z（频）域分析） |
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4 |
课后自学时间4学时 |
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3、 离散傅里叶变换 （周期序列的傅里叶级数、离散傅里叶变换、离散傅里叶变换的性质、频域采样与恢复、用离散傅里叶变换计算线性卷积、用离散傅里叶变换作频谱分析、基于MATLAB的离散傅里叶变换分析） |
8 |
4 |
课后自学时间4学时 |
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4、 离散傅里叶变换的算法 （DFT运算特点、时间抽取基2 FFT算法、基2频率抽取FFT算法、IDFT的快速计算方法、N是组合数的FFT算法、分裂基FFT算法、线性调频Z变换算法、离散余弦变换、用FFT计算频谱的MATLAB函数） |
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4 |
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课后自学时间4学时 |
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5、 数字滤波器的结构 （离散系统的流图表示与系统分类、IIR系统的基本结构、FIR系统的基本结构、格型滤波器结构、基于MATLAB的离散系统的网络结构） |
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4 |
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课后自学时间4学时 |
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6、 无限冲激响应（IIR）数字滤波器的设计 （数字滤波器的基本概念、模拟滤波器设计方法简介、脉冲响应不变法设计数字滤波器、双线性变换法、原型变换法、IIR DF的频域最优设计、IIR DF时域最小平方误差（逆）设计、基于MATLAB的IIR数字滤波器设计） |
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4 |
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课后自学时间4学时 |
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7、 有限冲激响应（FIR）数字滤波器设计 （线性相位FIR数字滤波器的条件和特点、FIR数字滤波器的窗函数设计、FIR滤波器的频率取样设计、FIR滤波器的等波纹设计、简单整系数线性相位FIR DF\采样率转换滤波器-----多采样率信号处理、IIR滤波器与FIR滤波器比较、基于MATLAB的FIR数字滤波器设计） |
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课后自学时间4学时 |
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8、 有限字长效应 （二进制表示法对量化的影响、模拟信号量化的误差分析、滤波器系数量化效应、数字系统运算中的有限字长影响、DFT与FFT的有限字长影响） |
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课后自学时间4学时 |
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9、 数字信号处理的DSP实现 （数字信号处理器介绍、FIR滤波器的实现、IIR滤波器实现、FFT算法的DSP实现、字长影响） |
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4 |
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课后自学时间4学时 |
三、教学方法
以课堂教学为主，并通过课后作业进行知识的提高。
课堂教学主要讲解数字信号处理的基本原理，并将自然现象、日常生活中遇到的现象、高科技中的信号问题、社会热点中的数字信号问题等融入基本原理的讲解，使同学们更好地理解数字信号处理原理，从而提高对进一步研究电子技术的兴趣。同时，了解数字信号处理的基本理论体系、思维方式和研究方法。
课堂教学中引入讨论，使同学们能更好地融入课堂教学，提高理解能力。
课后作业能培养同学们的综合能力：熟练运用所学知识的能力、收集和提炼信息的能力、团队合作能力、表达能力等。
四、考核及成绩评定方式
最终成绩由平时作业、上课参与程度、课堂表现及结业考试成绩组合而成。各部分所占比例如下：
平时作业、上课参与程度、课堂表现：30%。主要考核对知识点的掌握程度、口头及文字表达能力。
考试：70%。主要考核对数字信号处理的基本原理和初级电子工作者的思维方式的掌握程度。
五、教材及参考书目
教材：
张小虹主编，黄忠虎、邱正伦等编著. 数字信号处理（第二版）[M]. 北京：机械工业出版社，2008
参考书目：
1. Vinay K Ingle , John G Proakis .数字信号处理及其MATLAB实现[M].陈怀琛,王朝英,高西全,译.北京:电子工业出版社,1998.
2. 程佩清.数字信号处理教程[M].2版.北京:清华大学出版社,2001.
3. 胡广书.数字信号处理---理论、算法与实现[M]. 北京:清华大学出版社,2003.
4. 吴镇扬.数字信号处理的原理与实现[M].南京:东南大学出版社,2001
5. 陈怀琛. 数字信号处理教程---MALTAB释义与实现[M].北京:电子工业出版社,2004.
大纲撰写人：路林吉