信号与系统教案网络工程徐沁.docx
- 文档编号:7926556
- 上传时间:2023-01-27
- 格式:DOCX
- 页数:44
- 大小:37.82KB
信号与系统教案网络工程徐沁.docx
《信号与系统教案网络工程徐沁.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《信号与系统教案网络工程徐沁.docx(44页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
信号与系统教案网络工程徐沁
安徽大学本科教学课程教案
课程代码:
ZX36096
课程名称:
信号与系统
授课专业:
网络工程
授课教师:
徐沁
职称/学位:
讲师/博士
开课时间:
二○一六至二○一七学年第二学期
第 1 次课程教学方案
周次
1
课时数
3
教学章节
前言
第一章绪论
§1.1信号与系统
§1.2信号的描述和分类
目标要求
1.了解本课程的性质、特点、主要内容、明确本课程的学习目的及要求。
2.了解信号与系统的基本概念。
3.了解信号与系统的基本理论。
4.掌握信号的描述与分类方法。
掌握指数信号、正弦信号、复指数信号、钟形信号等基本信号的时域描述、特点和性质。
重点难点
重点:
信号与系统基本概念、基本理论,信号的描述、分类和典型示例
难点:
信号的描述、分类
教学方式
课堂讲授 □小组活动 □实验演示 □难点答疑 □提问
□作业讲评 □实践教学 □考试测验 □其他活动
媒体资源
□文字教材
电子教案 □录像材料 □录音材料 □直播课堂
□CAI课件 □IP课件 □其他资源:
课后作业
郑君里等编著的教材《信号与系统》中习题1-1、1-2、1-3
板
书
设
计
(或PPT,空白不够可添加附页)
1.课程的性质与特点。
2.课程的主要内容。
3.课程的目的及要求。
4.课程的主要参考书。
5.信号、系统的定义。
6.信号理论与系统理论简介。
7.信号的描述方法。
第 1 次教学活动设计
教学
环节
内容设计与手段
导
入
新
课
课程位置:
“信号与系统”课程属于计算机在通讯、自动控制领域应用的基础课程,它与“电路与模拟电子技术”、“离散时间系统分析”、“数字信号处理”、“数字图像处理”、“计算机图形学”组成的系列课程是计算机通讯、自动控制与模式识别学科最基本的课程。
开设这些课程让你们选修是为了扩展你们在计算机应用领域的基础知识。
讲
授
内
容
1.课程的性质与特点。
2.课程的主要内容。
3.课程的目的及要求。
4.课程的主要参考书。
5.信号、系统的定义。
6.信号理论与系统理论简介。
7.信号的描述方法。
•信号的分类
确定性信号和随机信号
周期信号和非周期信号
连续信号和离散信号
模拟信号,抽样信号,数字信号
一维信号和多维信号
•典型确定性信号介绍
指数信号
正弦信号
复指数信号(表达具有普遍意义)
抽样信号
钟形脉冲函数(高斯函数)
归
纳
总
结
将信号的分类与计算机处理的信号相结合讲解,引起了学生对信号的理解和认识。
典型信号的学习引发学生回顾高等数学的相关知识。
鼓励学生课堂即时提问不懂的问题;课后预习§1.3、§1.4节内容
第 2 次课程教学方案
周次
2
课时数
3
教学章节
第一章绪论
§1.3信号的运算
§1.4阶跃信号和冲激信号
目标要求
掌握信号的时移、反褶、展缩、微分、积分以及相加、相乘等基本运算。
掌握单位协变信号、单位阶跃信号、单位冲激信号、冲激偶等基本信号的时域描述、特点和性质
重点难点
重点:
信号的运算;单位冲激信号、冲激偶信号的特点和性质
难点:
信号的运算中展缩、微分、积分基本运算;单位冲激信号、冲激偶信号的特点和性质
教学方式
课堂讲授 □小组活动 □实验演示 □难点答疑 □提问
□作业讲评 □实践教学 □考试测验 □其他活动
媒体资源
□文字教材
电子教案 □录像材料 □录音材料 □直播课堂
□CAI课件 □IP课件 □其他资源:
课后作业
郑君里等编著的教材《信号与系统》中习题1-4、1-5、1-7、1-11、1-14
板
书
设
计
(或PPT,空白不够可添加附页)
1.单位冲激信号的定义
2.冲激偶函数
第 2 次教学活动设计
教学
环节
内容设计与手段
导
入
新
课
上一次课我们学习了信号的分类和几种典型的信号,这些典型信号都是一些抽象的数学模型,它们与实际信号可能有差别,但是,只要将实际信号的某些条件理想化,我们就能运用理想的模型对它们进行分析和研究。
在这一次课中,我们将要学习信号与系统里面两个最重要的理想信号模型。
另外,在信号的传输与处理的过程中往往需要进行信号的运算,接下来我们首先来学习信号的几种基本运算,并且观察一下信号经过运算后波形的变化,同时分析它的物理背景。
讲
授
内
容
1.信号的运算
•信号的自变量的变换
信号的移位;信号的反褶;信号的展缩(尺度变换);一般情况
•微分和积分
•两信号相加或相乘
2.阶跃信号和冲激信号
•单位斜变信号
定义;有延迟的斜变阶跃信号;三角形脉冲
•单位阶跃信号
定义;有延迟的单位阶跃信号;用单位阶跃信号描述其他信号
•单位冲激信号
概念引出
定义1使用狄拉克(Dirac)函数
定义2使用矩形脉冲
冲激函数的性质
抽样性;奇偶性;冲激偶;标度变换
•冲激偶信号
冲激偶的性质
归
纳
总
结
信号的运算是信号处理的基础,需要学生切实掌握运算的方法,通过课堂练习和课后作业加强学生对信号运算的掌握程度。
冲激信号和阶跃信号的定义以及性质十分多,因此需要在作业中反复练习和课堂讲解。
鼓励学生课堂即时提问不懂的问题;课后预习§1.5、§1.6、§1.7节内容
第 3 次课程教学方案
周次
3
课时数
3
教学章节
前言
第一章绪论
§1.5信号的分解
§1.6系统模型及其分类
§1.7线性时不变系统
目标要求
了解将信号分解成交直流分量、奇偶分量、脉冲分量、虚部实部分量、正交函数系分量等几种常见的信号分解方法。
了解系统模型的定义和分类及描述方法,掌握线性时不变系统的定义和性质,并会应用这些性质。
重点难点
重点:
信号与系统基本概念、基本理论,信号的描述、分类和典型示例
难点:
信号分解;系统分类;线性时不变系统的基本特性。
教学方式
课堂讲授 □小组活动 □实验演示 □难点答疑 □提问
□作业讲评 □实践教学 □考试测验 □其他活动
媒体资源
□文字教材
电子教案 □录像材料 □录音材料 □直播课堂
□CAI课件 □IP课件 □其他资源:
课后作业
郑君里等编著的教材《信号与系统》中习题1-20、1-23
板
书
设
计
(或PPT,空白不够可添加附页)
直流分量
交流分量
奇分量
偶分量
第 3 次教学活动设计
教学
环节
内容设计与手段
导
入
新
课
为了便于研究信号传输与信号处理的问题,人们往往将一些复杂信号分解为比较简单的基本信号分量之和,就像在力学中将任一方向的力分解为几个分力一样。
另外,科学的任一分支都有着自己的一套“模型”理论。
所谓模型,是系统物理特性的数学抽象,以数学表达式或具有理想特性的符号组合图形来表征系统特性。
今天这次课我们将要学习信号的分解,系统模型及其分类以及线性时不变系统的一些基本特征。
讲
授
内
容
1.信号的分解
1)直流分量与交流分量2)偶分量与奇分量3)脉冲分量4)实部分量与虚部分量5)正交函数分量
2.系统模型及其分类
•描述系统的基本单元方框图
加法器;乘法器;标量乘法器(数乘器,比例器);微分器;积分器;延时器
•系统的定义和表示
系统;系统模型;系统的表示
•系统的分类
3.线性时不变系统
1)线性系统与非线性系统2)时变系统与时不变系统3)线性时不变系统的微分特性4)因果系统与非因果系统
归
纳
总
结
本次课着重信号分解的概念、线性时不变系统的判断,以及系统框图的画法。
鼓励学生课堂即时提问不懂的问题;课后预习§2.1、§2.2节内容
第 4 次课程教学方案
周次
4
课时数
3
教学章节
第二章连续时间系统的时域分析
§2.1引言
§2.2系统微分方程式的建立与求解
§2.3用时域经典法求解微分方程
目标要求
了解建立描述系统的激励与响应关系的微分方程,掌握其经典解法。
重点难点
重点:
系统微分方程式的建立与求解
难点:
系统微分方程式的求解
教学方式
课堂讲授 □小组活动 □实验演示 □难点答疑 □提问
□作业讲评 □实践教学 □考试测验 □其他活动
媒体资源
□文字教材
电子教案 □录像材料 □录音材料 □直播课堂
□CAI课件 □IP课件 □其他资源:
课后作业
郑君里等编著的教材《信号与系统》中习题2-4
板
书
设
计
(或PPT,空白不够可添加附页)
一个线性系统,其激励信号e(t)与响应信号r(t)之间的关系,可以用下列形式的微分方程式来描述
若系统为时不变的,则C,E均为常数,此方程为常系数的n阶线性常微分方程。
阶次:
方程的阶次由独立的动态元件的个数决定。
求解方程时域经典法就是:
齐次解+特解。
第 4 次教学活动设计
教学
环节
内容设计与手段
导
入
新
课
线性时不变系统分析方法包括时间和变换两个方面,即时间域和变换域。
时域分析方法不涉及任何变换,直接求解系统的微分、积分方程式,对于系统的分析与计算全部都在时间变量领域内进行。
这种方法比较直观、物理概念清楚,是学习各种变换域方法的基础。
本次课我们就来学习线性时不变系统的时域模型表示方法以及其中我们重点研究的一元n阶微分方程的建立。
接着,对于一阶或二阶微分方程描述的电路系统,我们已经在数学与电路课程中了解了它的求解方法,我们将在先修课的基础上,引出高阶的LTI系统的微分方程和一般的求解规律。
讲
授
内
容
1.引言
1)系统数学模型的时域表示2)系统分析过程3)本章主要内容
2.微分方程式的建立与求解
•物理系统的模型
许多实际系统可以用线性系统来模拟。
若系统的参数不随时间而改变,则该系统可以用线性常系数微分方程来描述。
•微分方程的列写
根据实际系统的物理特性列写系统的微分方程。
对于电路系统,主要是根据元件特性约束和网络拓扑约束列写系统的微分方程。
例2-2-1、例2-2-1
•n阶线性时不变系统的描述
•求解系统微分方程的经典法
例2-2-3、例2-2-4、例2-2-5
归
纳
总
结
通过简单的电路系统例题引出系统的微分方程的建立,并复习高等数学的知识,熟练掌握系统响应由齐次解和特解两部分组成。
鼓励学生课堂即时提问不懂的问题;课后预习§2.4、§2.5节内容
第 5 次课程教学方案
周次
5
课时数
3
教学章节
第二章连续时间系统的时域分析
§2.4起始点的跳变——从0-到0+状态的转换
§2.5零输入响应和零状态响应
目标要求
深刻理解系统完全响应的三种分解方式:
零输入响应与零输出响应、自由响应与强迫响应、瞬态响应与稳态响应。
能够根据微分方程的特征根与已知的系统初始初始条件,求解系统的零输入响应。
重点难点
重点:
零输入响应和零状态响应;
难点:
初始条件的确定
教学方式
课堂讲授 □小组活动 □实验演示 □难点答疑 □提问
□作业讲评 □实践教学 □考试测验 □其他活动
媒体资源
□文字教材
电子教案 □录像材料 □录音材料 □直播课堂
□CAI课件 □IP课件 □其他资源:
课后作业
郑君里等编著的教材《信号与系统》中习题2-5、2-6、2-7、2-8
板
书
设
计
(或PPT,空白不够可添加附页)
起始状态
初始状态
零输入响应
零状态响应
第 5 次教学活动设计
教学
环节
内容设计与手段
导
入
新
课
微分方程的求解需要初始条件的确定,利用该初始条件设定的一组已知数据来确定方程解中的待定系数A。
对于实际的系统模型,初始条件要根据激励信号接入瞬间系统所处的状态决定。
在某些情况下,此状态可能发生跳变,这使得确定初始条件的工作复杂化。
另外,将信号从不同角度进行分解,往往给LTI系统响应的研究带来许多方便。
在2.3节,我们将微分方程的解分为齐次解和特解两个部分,也同样体现了信号分解的研究思想。
因此,在本次课中,我们要学习和研究系统起始点的跳变和系统响应的一种分解及其求解方法。
讲
授
内
容
1.起始点的跳变——从0-到0+状态的转换
•电容电压的突变例2-3-1
•电感电流的突变例2-3-2
•冲激函数匹配法确定初始条件
配平的原理:
t=0时刻微分方程左右两端的δ(t)及各阶导数应该平衡(其他项也应该平衡,我们讨论初始条件,可以不管其他项)例2-3-3
2.零输入响应和零状态响应
1)起始状态与激励源的等效转换,在一定条件下,激励源与起始状态之间可以等效转换。
即可以将原始储能看作是激励源。
2)系统响应划分以及各种系统响应定义、求解
a.自由响应+强迫响应b.暂态响应+稳态响应c.零输入响应+零状态响应
•对系统线性的进一步认识
由常系数微分方程描述的系统在下述意义上是线性的。
(1)响应可分解为:
零输入响应+零状态响应。
(2)零状态线性:
当起始状态为零时,系统的零状态响应对于各激励信号呈线性。
(3)零输入线性:
当激励为零时,系统的零输入响应对于各起始状态呈线性。
例2-4-1
归
纳
总
结
利用初始条件求解系统响应的待定系数是求解完全响应的难点,需要通过多个例题讲解和课堂练习,另外系统的零输入响应和零状态响应的概念也需要通过例题来强化。
鼓励学生课堂即时提问不懂的问题;课后预习§2.6节内容
第 6 次课程教学方案
周次
6
课时数
3
教学章节
第二章连续时间系统的时域分析
§2.6冲激响应与阶跃响应
目标要求
深刻理解系统单位冲激响应与阶跃响应的意义,并掌握它们的求解方法。
重点难点
重点:
冲激响应
难点:
冲激响应
教学方式
课堂讲授 □小组活动 □实验演示 □难点答疑 □提问
□作业讲评 □实践教学 □考试测验 □其他活动
媒体资源
□文字教材
电子教案 □录像材料 □录音材料 □直播课堂
□CAI课件 □IP课件 □其他资源:
课后作业
郑君里等编著的教材《信号与系统》中习题2-9
板
书
设
计
(或PPT,空白不够可添加附页)
冲激响应
第 6 次教学活动设计
教学
环节
内容设计与手段
导
入
新
课
本次课我们将要学习以单位冲激函数和单位阶跃函数作为系统的激励,系统的零状态响应,并探讨它们的物理意义以及引出下一次课的内容——卷积。
讲
授
内
容
1.冲激响应
定义:
系统在单位冲激信号
作用下产生的零状态响应,称为单位冲激响应,简称冲激响应,一般用h(t)表示。
一阶系统的冲激响应,例2-5-1
n阶系统的冲激响应,例2-5-2
(1)冲激响应的数学模型
(2)冲激响应h(t)解答的形式
2.阶跃响应
定义:
系统在单位阶跃信号u(t)作用下的零状态响应,称为单位阶跃响应g(t),简称阶跃响应。
阶跃响应与冲激响应的关系
或
3.齐次解法求冲激响应,例2-5-3
4.求冲激响应的几种方法总结
冲激函数匹配法
奇异函数项相平衡法
齐次解法求冲激响应
归
纳
总
结
冲激响应是在系统的基础上进行求解的,并且大家要深刻理解冲激函数的物理意义,它作用于系统时,会产生什么样的变化。
鼓励学生课堂即时提问不懂的问题;课后预习§2.7、§2.8节内容
第 7 次课程教学方案
周次
7
课时数
3
教学章节
第二章连续时间系统的时域分析
§2.7卷积
§2.8卷积的性质
目标要求
深刻理解卷积积分的定义、运算规律和主要性质,学会用卷积积分法求解线性时不变系统的零状态响应。
重点难点
重点:
卷积运算规律和主要性质,用卷积积分法求解线性时不变系统的零状态响应。
难点:
卷积的性质
教学方式
课堂讲授 □小组活动 □实验演示 □难点答疑 □提问
□作业讲评 □实践教学 □考试测验 □其他活动
媒体资源
□文字教材
电子教案 □录像材料 □录音材料 □直播课堂
□CAI课件 □IP课件 □其他资源:
课后作业
郑君里等编著的教材《信号与系统》中习题2-14、2-15、2-19、2-20
板
书
设
计
(或PPT,空白不够可添加附页)
卷积定义
零状态响应
第 7 次教学活动设计
教学
环节
内容设计与手段
导
入
新
课
本次课我们将要学习以单位冲激函数和单位阶跃函数作为系统的激励,系统的零状态响应,并探讨它们的物理意义以及引出下一次课的内容——卷积。
讲
授
内
容
1.卷积
•卷积定义
•利用卷积积分求系统的零状态响应
•卷积的计算
由于系统的因果性或激励信号存在时间的局限性,卷积的积分限会有所变化。
卷积积分中积分限的确定是非常关键的。
(1)借助于阶跃函数u(t)确定积分限,例2-6-1
(2)卷积图解法,例2-6-2
(3)对卷积积分的几点认识
2.卷积的性质
•代数性质
交换律
分配律,系统并联
结合律,系统级联
•微分积分性质
•与冲激函数或阶跃函数的卷积
例2-7-1、例2-7-2
归
纳
总
结
卷积的运算需要反复练习才能掌握,因此需要布置卷积的课堂练习和作业。
鼓励学生课堂即时提问不懂的问题;课后预习§3.1、§3.2节内容
第 8 次课程教学方案
周次
8
课时数
3
教学章节
第三章傅里叶变换
§3.1引言
§3.2周期信号的傅里叶级数分析
目标要求
掌握傅立叶级数的定义、性质,能够求解周期信号的频谱,画频谱图,深刻理解周期信号频谱的特性以及周期信号对称性与傅里叶级数的关系,并会求解一些常用周期信号的傅立叶级数。
重点难点
重点:
傅里叶级数、周期信号的频谱、周期信号对称性与傅里叶级数的关系
难点:
傅里叶级数、周期信号对称性与傅里叶级数的关系
教学方式
课堂讲授 □小组活动 □实验演示 □难点答疑 □提问
□作业讲评 □实践教学 □考试测验 □其他活动
媒体资源
□文字教材
电子教案 □录像材料 □录音材料 □直播课堂
□CAI课件 □IP课件 □其他资源:
课后作业
郑君里等编著的教材《信号与系统》中习题3-1、3-4、3-7
板
书
设
计
(或PPT,空白不够可添加附页)
傅里叶级数展开表达式
直流分量
余弦分量的幅度
正弦分量的幅度
第 8 次教学活动设计
教学
环节
内容设计与手段
导
入
新
课
从本章开始由时间域分析我们要转入变换域分析,在变换域中,首先讨论傅里叶变换。
傅里叶变换是在傅里叶级数正交函数展开的基础上发展而产生的,这方面的问题也称为傅里叶分析。
傅里叶分析的研究和应用至今已经历了一百余年。
傅里叶分析方法不仅应用于电力工程、通信和控制领域之中,而且在力学、光学、量子物理和各种线性系统分析等许多有关数学、物理和工程技术领域中得到了广泛而普遍的应用。
本次课将从傅里叶级数正交函数展开问题开始讨论,引出傅里叶变换,建立信号频谱的概念。
首先我们来看看周期信号的傅里叶级数分析。
讲
授
内
容
1.引言
1)频域分析;2)傅里叶变换发展历史;3)本章主要内容
2.周期信号傅里叶级数分析
•三角函数形式的傅里叶级数
a)三角函数集、三角函数的正交特性b)级数形式(三角形式),例3-2-1c)其他形式:
余弦形式、正弦形式d)幅度频率特性和相位频率特性
•指数函数形式的傅里叶级数
a)复指数正交函数集b)级数形式c)利用复变函数的正交特性求系数
•两种傅里叶级数系数之间的关系及频谱图
•幅频特性和相频特性
幅度频谱;相位频谱,例3-2-2
•总结
(1)周期信号f(t)的傅里叶级数有两种形式;
(2)两种频谱图的关系;(3)周期信号的频谱是离散谱,三个性质;(4)引入负频率
3.函数的对称性与傅里叶级数的关系
偶函数;奇函数;奇谐函数;偶谐函数
4.周期信号的功率
5.傅里叶有限级数与最小方均误差
归
纳
总
结
在引出傅里叶级数展开后需要强调傅里叶级数展开各谐波分量有效值的平方和就是周期信号的平均功率。
鼓励学生课堂即时提问不懂的问题;课后预习§3.3、§3.4节内容
第 9 次课程教学方案
周次
9
课时数
3
教学章节
第三章傅里叶变换
§3.3典型周期信号的傅里叶级数
§3.4傅里叶变换
目标要求
会求解一些常用周期信号的傅立叶级数。
掌握傅立叶变换的定义、物理意义、存在的条件。
重点难点
重点:
周期矩形脉冲信号的傅立叶级数;傅里叶变换
难点:
傅里叶变换定义、存在的条件;频谱密度函数
教学方式
课堂讲授 □小组活动 □实验演示 □难点答疑 □提问
□作业讲评 □实践教学 □考试测验 □其他活动
媒体资源
□文字教材
电子教案 □录像材料 □录音材料 □直播课堂
□CAI课件 □IP课件 □其他资源:
课后作业
郑君里等编著的教材《信号与系统》中习题3-6
板
书
设
计
(或PPT,空白不够可添加附页)
傅里叶变换
傅里叶反变换
第 9 次教学活动设计
教学
环节
内容设计与手段
导
入
新
课
周期信号的频谱分析可利用傅里叶级数,也可借助傅里叶变换。
本次课我们将首先用傅里叶级数展开形式研究典型信号的频谱,然后将周期信号的傅里叶级数推广到非周期信号中去,导出傅里叶变换。
讲
授
内
容
1.典型周期信号的傅里叶级数
•频谱结构(以周期矩形脉冲信号为例)
三角形式的谱系数
指数形式的谱系
频谱及其特点
总结
•频带宽度
问题提出、周期矩形脉冲信号的功率
频带宽度
系统的通
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 信号 系统 教案 网络工程