遵义师范学院课程教学大纲《信号与系统实验课程》.docx

遵义师范学院课程教学大纲信号与系统实验课程教学大纲课程编号320224适用专业通信工程学时数16学分数（）.5执笔人及编写日期杨治国2017.06审核人及审核日期阮清强2017.06院别信息工程教研室_通信教研室编印日期2017年6月一、课程性质和教学目标1 .课程授课对象：2016级通信工程本科班2 .课程性质：专业选修课3 .在人才培养过程中的地位及作用：“信号与系统实验”是与“信号与系统”课程理论教学相配套而开设的计算机仿真实验课程，其目的在于实现在可视化的交互式实验环境中，以计算机为辅教学手段，以科技应用软件MAT1.AB为实验平台，辅助学生完成“信号与系统”课程中的数值分析、可视化建模及仿真调试，同时将“信号与系统”课程教学中难点、重点及部分课后练习，通过计算机来进行可视化的设计、调试和分析,从而将学生从繁杂的手工运算中解脱出来，把更多的时间和精力用于对信号与系统基本分析方法和原理的理解和应用上，培养学生主动获取知识和独立解决问题的能力，为学习后继专业课打下坚实的基础。4 .课程教学目标：信号与系统实验是“信号与系统”的配套课程，实验项目的设计以培养学生分析连续时间信号与连续时间系统的技能为目的。通过该实验课，使学生加深对“信号与系统”内容的理解，从实践上验证所学的理论知识；培养学生的动手能力，分析问题、解决问题的能力，为后续课程的学习以及课程设计、毕业设计打下坚实的基础；使学生掌握实际的信号分析方法和系统分析技术，以及信号与系统的关系，为以后的科研和产品开发打下坚实的基础。二、课程教学内容学时分配表讲次内容学时教学形式实验一MAT1.AB程序入门基础应用2课堂讲授、实验实验二MAT1.AB描述常用信号2课堂讲授、实验实验三信号卷积的MAT1.AB实现4课堂讲授、实验实验四用MAT1.AB测量信号频谱4课堂讲授、实验实验五连续系统复频域分析4课堂讲授、实验合计16实验一MAT1.AB程序入门和基础应用1 .学时：2学时2 .重难点：熟悉MAT1.AB的运行环境及基本操作命令，根据实验要求，认真完成基本数值算法的设计、编程、上机调试，分析运行结果，书写实验报告。3 .教学目标：学习Matlab软件的基本使用方法；了解MaHab的数值计算，符号运算，可视化功能；4 .教学内容：1、打开MAT1.AB的系统界面，对其功能做一个大致了解；2、学习变量的描述方法，掌握几个固定变量：I,j,pi,inf的使用。注意，变量描述以字母开头，可以由字母、数字和下划线混合组成，区分字母大，小写字符长度不超过31个。3、学习数值，矩阵，运算符，向量的矩阵运算，数组运算的描述方法。(1)用一个简单命令求解线性系统3xl+x2-x3=3.6xl+2x2+4x3=2.1-xl+4x2+5x3=-1.4A=31-1;124;-145;b=3.6;2.1;-1.4;x=Abx=1.4818-0.46060.3848(2)用简短命令计算并绘制在0x6范围内的sin(2x)、SinX2、sin2ox=linspace(0,6)y1=sin(2*x),y2=sin(x2),y3=(sin(x)2;Plot(X,yl,x,y2,x,y3)4、MatIab符号运算功能(1)符号运算的过程在符号运算的整个过程中，所有的运算均是以符号进行的，即使以数字形式出现的量也是字符量。做一个对Sin(X/2)求导的过程。在命令窗口中输入如下符号表达式按回车：f='sin(x2)1;dfdx=diff(f)显示结果如下：dfdx=l2*cos(12*x)整个求导的过程都是由符号变量和符号表达式完成，没有涉及到具体的数值运算，其中1/2也被当作是字符量。注意：符号变量前先要进行定义，定义语句是：Sym或SymS变量名列表。前者定义一个单一的符号变量，后者可以一次定义多个符号变量。如：syma定义a为符号变量symabc定义a,b,c均为符号变量符号表达式是由符号变量组成的一个表达式，符号方程是将一个符号表达式通过等号给一个符号变量。凡是用到Sym命令的时候，表达式和方程式对空格都是敏感的，因此不要随意添加空格符到式中(2)符号表达式的创建：用Sym命令直接创建符号表达式，这种创建方式不需要在前面有任何说明，使用快捷方便。例如：f=sym(a+b+c?)在命令窗口中输入上述语句按回车键，出现以下结果:f=a+b+c°说明已成功将符号表达式a+b+c赋给变量f5、matlab语言的绘图功能(Dplot最基本的二维图形指令用PIot命令自动打开一个图形窗口Figure,用直线连接相邻两数据点来绘制图形，根据图形坐标大小自动缩扩坐标轴，将数据标尺及单位标注自动加到两个坐标轴上，可自定坐标轴，可把X,y轴用对数坐标表示。任意设定曲线颜色和线型，给图形加坐标网线和图形加注功能。分别完成PlOt(x),lot(x,y),lot(xl,yl,x2,y2),三种格式的调用,得出结论。调用plot(x,ys,),注意开关量字符串S设定的曲线颜色和绘图方式。(2)曲线绘图观察以下各段语句的绘图结果：A: x=0,0.48,0.84,1,0.91,0.6,0.14X1,x2,x3,x4,x5,x6,x7Jplot(x)B: t=0:pi/100:2*pi;y=sin(t);yl=sin(t+0.25);y2=sin(t+0.5);plot(t,y,t,yl,t,y2)C: subplot(l,3J);plot(t,y)subplot(l,3,2);plot(t,y3)subplot(1,3,3);plot(t,y2)D: t=0:pi/100:2*pi;y=sin(t);y1=sin(t+0.25);y2=sin(t+0.5);plot(t,y,t,yl,t,y2)E: sublot(3,l,l);plot(t,y)subplot(3,l,2);plot(t,y3)subplot(3,l,3);plot(t,y2)F: ezplot('sin(x),)ezplot('sin(x)',cos(y)',-4*pi4*pi,figure(2)实验二MAT1.AB描述常用信号1.学时：2学时2 .重难点：在了解MAT1.AB这个软件的基本应用之后，学习用MAT1.AB描述常用信号的方法掌握连续时间信号和离散时间信号的描述3 .教学目标：学会用向量和符号表示法掌握信号的时域变换方法4 .教学内容：1、在MAT1.AB中连续信号的向量或符号运算功能来表示严格意义上来讲，MAT1.AB并不能处理连续信号，在MAT1.AB中，是用连续信号在等时间间隔点的样值来近似地表示连续信号的，当取样时间间隔足够小时，这些离散的样值就能较好地近似出连续信号。(1)向量表示法对于连续时间信号y,我们可以用两个行向量/和，来表示，其中向量f是行如，=：p:r2的MAT1.AB命令定义的时间范围向量，H为信号起始时间，也为中止时间，为时间间隔。向量/为连续信号加)在向量，所定义的时间点上的样值，例如对于连续信号y=sin(o,我们可以用如下两个向量来表示：t=-10:1.5:10；f=sin(t)用上述向量对连续信号表示后，就可以用plot命令来绘出该信号的时域波形。Plot命令可将点与点间用直线连接，当点与点间的距离很小时，绘出的图形就成了光滑的曲线。命令如下： lot(t,f) title(f(t)=sint,) XlabelCr) axis(-10,10,-l.l,l.l)(2)符号运算表示法如果信号可以用一个符号表达式来表示它，则我们可用ezplot命令绘制出信号的波形。例如对于连续信号力尸，我们可以用符号表达式表示为：symstf=sym(4exp(-t2),)f=exp(-t2)然后用ezpk>t命令绘制其波形：ezplot(f,-6,6)2、在MAT1.AB中离散时间信号描述：一般说来，离散时间信号用/U)表示，其中变量A为整数，代表离散的采样时间点。人女)可表示为：<A)=人2)<-1)<0)U)<2)fZ=O在MAT1.AB中，用一个向量f即可表示一个有限长度的序列。但是，这样的向量并没有包含其对应的时间序号信息。所以，要完整地表示一个离散信号需要用两个向量，如序列：火Z)=1,2,-1,3,2,4,-1)tk=0在MAT1.AB中应表示为:,2-1,0,1,2,3或是k=33；/=1,2,-1,3,2,4,-1在用MAT1.AB表示离散序列并将其可视化时，我们要注意以下几点：第一，与连续时间信号不同，离散时间信号无法用符号运算来表示；第二，由于在MAT1.AB中，矩阵的元素个数是有限的，因此，MAT1.AB无法表示无限序列；第三，在绘制离散信号波形时，要使用专门绘制离散数据的Stem命令，而不是plot命令实验三信号卷积的MAT1.AB实现1 .学时：4学时2 .重难点：增加学生对卷积的认识了解MAT1.AB这个软件在数字信号处理的基本应用3 .教学目标：能够利用MAT1.AB计算信号卷积完成验证卷积的一些性质4 .教学内容：1 .实验要求与目的：增加学生对卷积的认识了解MAT1.AB这个软件的一些基础知识利用MAT1.AB计算信号卷积验证卷积的一些性质2 .实验内容：1 .在老师提示和引导下用MAT1.AB来表示常见信号打开电脑，双击桌面上的matlab6.5的快捷方式，进入到MAT1.AB界面，然后进入编辑界面【file一new,或者直接点击新建空白页按钮，可以看到出现一个命名为Untitled的编辑窗口，这就是我们的程序输入窗口。我们先做准备工作，敲入一些简单的信号并输出，了解一下它的功能。常见连续信号的表示：阶跃信号门信号正弦信号指数信号等等常见离散序列的表示：随机离散序列单位阶跃序列正弦序列离散时间指数序列将描述各个信号的函数键入以后，保存到MAT1.AB根目录下的work文件夹中，并按照各个信号的性质进行命名。然后对各个函数运行一下，看是否和实际的函数一致。编译程序debug】-run,或者直接按F5就可以进行。程序不大，编译很快就会完成，成功的编译会出现名为figure的窗口，可以看到信号的波形。2 .针对一些信号做一下时域变换时域变换主要是在时域范围内对信号进行信号的平移、反折、倒相以及信号的尺度变换。1)、移位y=subs(f,t,t-t);ezplot(y)2)、反折y=subs(f,t,-t);ezplot(y)3)、尺度变换y=subs(f,t,a*t)ezplot(y)4)、倒相y=-fezplot(y)给定一个信号，对此信号做以上这些时域变换操作，将写好的程序保存到根目录WOrk文件夹中，然后对程序进行编译运行，编译成功后，观察图形窗口中显示的波形与原来信号的波形之间的关系。对信号做时域的变换可以增加学生对MAT1.AB的认识，也可以巩固对信号的表示。同时我们也可以用这些变换来表示一些复杂的信号。3 .利用MAT1.AB计算两个信号的卷积在MAT1.AB中我们采用它自带的函数COnV()来对信号进行卷积