信号与系统分析实验教案(新)

信号与系统教案信号与系统教案一、教学目标：1. 了解信号与系统的基本概念和相关知识；2. 掌握信号与系统的数学描述方法；3. 理解信号与系统的主要特性和性质；4. 能够应用信号与系统理论解决实际问题。

二、教学内容：1. 信号的定义、分类和表示方法；2. 系统的定义、分类和表示方法；3. 连续时间信号与系统的分析；4. 离散时间信号与系统的分析；5. 傅里叶分析与频域分析方法；6. 信号与系统的线性性质；7. 信号与系统的时不变性质；8. 采样定理和时域采样方法；9. 信号与系统的卷积运算。

三、教学方法：1. 教师讲解：结合实例讲解信号与系统的基本概念，引导学生理解相关知识；2. 互动讨论：通过问题引导学生思考，促进学生参与讨论；3. 实验操作：设计相关实验，培养学生实际操作能力；4. 课堂练习：布置相关习题，巩固学生的基本概念和计算能力。

四、教学评估：1. 课堂表现：考察学生对信号与系统概念的理解和应用能力；2. 实验报告：考察学生对实验操作和结果分析的掌握情况；3. 作业考核：考察学生对习题的解题能力。

五、教学资源：1. 课本：信号与系统教材；2. 计算机实验室：用于信号与系统实验操作；3. 多媒体设备：用于辅助教学。

六、教学进度安排：第一节：信号与系统的基本概念1. 信号的定义和分类；2. 系统的定义和分类；3. 信号与系统的关系。

第二节：信号的表示方法1. 连续时间信号的数学描述；2. 离散时间信号的数学描述。

第三节：系统的表示方法1. 线性时不变系统的数学描述；2. 非线性系统的数学描述。

第四节：傅里叶分析与频域分析方法1. 傅里叶级数与傅里叶变换的定义；2. 频域分析的应用。

第五节：信号与系统的特性1. 线性性质的定义和判定；2. 时不变性质的定义和判定。

第六节：采样定理和时域采样方法1. 采样定理的原理和应用；2. 时域采样方法的实现。

第七节：信号与系统的卷积运算1. 连续时间信号的卷积运算；2. 离散时间信号的卷积运算。

信号与系统教案教案标题：信号与系统教案一、教学目标：1. 理解信号与系统的基本概念和原理；2. 学会分析和描述不同类型的信号和系统；3. 掌握信号与系统的基本数学方法和工具；4. 培养学生对信号与系统应用的能力。

二、教学内容与学时安排：1. 信号与系统的概述（1学时）- 信号与系统的定义和分类；- 信号与系统的重要性和应用领域。

2. 连续时间信号与系统（6学时）- 连续时间信号的基本性质和表示方法； - 连续时间系统的特性和表示方法；- 连续时间信号的运算和性质分析。

3. 离散时间信号与系统（6学时）- 离散时间信号的基本性质和表示方法；- 离散时间系统的特性和表示方法；- 离散时间信号的运算和性质分析。

4. 频域分析（4学时）- 傅里叶级数和傅里叶变换的基本概念和性质；- 傅里叶变换在信号与系统分析中的应用。

5. 时域系统分析（6学时）- 系统的单位冲激响应和单位阶跃响应；- 系统的冲激响应与输入信号的卷积运算；- 系统的稳定性和因果性分析。

三、教学方法与手段：1. 综合运用讲授、示范演示和实例分析等教学方法；2. 利用多媒体技术展示信号与系统的图形表示和数学推导过程；3. 定期组织小组讨论和课堂互动，激发学生学习兴趣和思维能动性；4. 设计实践性的作业和实验，提高学生的动手实践能力。

四、教学评价方式：1. 设计课堂练习和作业，考察学生对基本概念和原理的掌握和应用能力；2. 利用小组讨论和课堂互动评价学生的分析和解决问题的能力；3. 设计期中和期末考试，全面评价学生对信号与系统的理解和运用能力；4. 鼓励学生主动参与课程设计和研究项目，评价学生的创新和团队合作能力。

五、教学资源：1. 教材：《信号与系统（第三版）》（作者：Alan V. Oppenheim、Alan S. Willsky）；2. 多媒体教学软件，如PPT、信号与系统模拟软件等；3. 实验室设备和相关实验材料。

六、教学进度安排：第一周：概述和连续时间信号与系统第二周：连续时间信号与系统（续）第三周：离散时间信号与系统第四周：频域分析第五周：时域系统分析第六周：复习与总结七、教学反思：1. 根据学生的学习反馈和自身的教学经验，及时调整教学方法和内容安排；2. 随时关注学生的学习情况，及时解答疑惑和给予指导；3. 鼓励学生提出问题和分享学习心得，促进学生之间的互动和合作。

信号与系统分析实验报告姓名：准考证号：前言信号与系统是一门理论与实践紧密联系的课程，做适当的练习题和上机实验有助于深入理解和巩固验证基本理论知识。

特别是通过上机实验可以锻炼同学们用计算机和MATLAB语言及其工具箱函数的仿真能力。

本实验指导书结合信号与系统的基本理论和基本内容设计了三个上机实验，每个实验对应一个主题内容。

每个实验中，均给出了实验方法和步骤，还有完整的MATLAB程序和运行结果，但应注意，上机实验时，应当尽力独立进行编写程序上机，将结果和本指导书提供的运行结果进行比较分析，如果所得结果不对时，再对照参考程序找出错误，最后运行正确程序，得到正确结果，写出实验报告。

实际上，写实验报告才是最重要的环节，因为只有通过写实验报告，用所学理论来分析解释程序的运行结果，才能进一步验证、理解和巩固学到的理论知识，达到实验的目的。

实验一学习使用MATLAB实验项目名称：学习使用MATLAB实验项目性质：验证性实验实验计划学时：3一. 实验目的(1)学习使用MATLAB，为以后的信号与系统分析实验操作顺利进行打下基础。

二. 实验内容和要求(1)了解MATLAB 的基本程序设计原则，常量和变量的用法(2)掌握MATLAB中对矩阵进行输入、运算和比较的方法(3)了解循环语句的类型，并掌握循环语句的用法(4)熟悉M文件的作用，并掌握二维图形的绘制三. 实验主要仪器设备和材料计算机，MATLAB6.5或以上版本四. 实验方法、步骤及结果测试关于MATLAB它是由美国的Math Works 公司推出的一个科技应用软件，它的名字是由MATRIX(矩阵）和LABORA TORY（实验室）的前三个字母组合而成MATLAB是一种高性能的、用于工程计算的编程软件，它把科学计算、结果的可视化和编程都集中在一个使用方便的环境中优势在于能很容易求解复数数值问题，速度快且容易扩展创建新的命令和函数主要组成部分：（1）编程语言：以矩阵和数组为基本单位的编程语言（2）工作环境：包括一系列的应用工具，提供编程和调试程序的环境（3）图形处理：包括绘制二维、三维图形和创建图形用户界面（GUI）等（4）数学库函数：包含大量数学函数，也包括复杂功能（5）应用程序接口：提供接口程序，可使MATLAB与其他语言程序进行交互典型特点：（1）语言简洁紧凑，运算符十分丰富，使用方便灵活（2）既具有结构化的控制语言，又能面向对象编程（3）语法限制不严格，程序设计自由度大，可移植性好（4）具有强大的图形功能（5）包含功能强劲的工具箱（6）最重要、最受欢迎的特点是它的开放性数值计算和符号计算 建模和动态仿真下面介绍MATLAB 的界面、常用命令和使用方法菜单栏和工具栏：位于窗口顶部，用户可以通过它们来执行某些命令命令窗口：位于右边空白部分，用户的数据输入和结果运算，都在此窗口进行，是 Matlab 极为重要的部分，也是用户使用最频繁的部分工作台和工具箱：位于主窗口左上部分，双击工具箱或前面的”+”号，就能看到工具箱的各项功能工作空间：主窗口的中上部分，可看到 Matlab 的各个工作变量，新打开 Matlab 时，只能看到系统提供的默认输出变量ans历史命令：主窗口的左下部分，主要保存工作过的变量、表达式等，需要时，用户可以直接提取历史命令在命令窗口中使用当前工作目录：主窗口的中下部分，主要保存在当前工作路径下的图形文件和命令文件一、MATLAB 的基本程序设计原则（ 1 ）设置完整的路径，把当前的处理位置设为现在的目录 （ 2 ）参数值集中放在程序的开始部分，便于程序维护（ 3 ）若在每行程序的最后输入分号，则执行后结果不会显示在屏幕上； （ 4 ）符号“%”后面的内容、是程序的注解，不作为命令运行（ 5 ）程序尽量模块化，也就是采用主程序调用子程序的方法，将所用子程序和并在一起来执行全部的操作（ 6 ）注意变量的定义（ 7 ）留意各种命令的书写格式 二、常量和变量MATLAB 中使用的数据有常量和变量作用标量的实数常量，类似于 C 语言中的整形常量和实形常量，图1-1 MATLAB 窗口如：1, 2.5 , 0.0033 , 2 e-7 ，pi , 2+3 i 等变量以其名称在操作语句中第一次合法出现而定义，无需事先定义。

《信号与系统分析》实验教案王土央教学实践部电路中心2009年2月实验一 时域分析一. 实验目的1. 研究动态网络的阶跃信号、冲激信号、阶跃响应、冲激响应及两 者之间的关系，用示波器观测其波形。

2. 验证卷积积分法。

二. 教学重点和难点1. 重点：了解理想信号、阶跃信号和冲激信号，在实验过程中一般 用方波信号和窄脉冲代替冲激信号。

2. 难点：示波器、信号源和实验箱的使用方法。

三. 参考资料1．《信号与系统》，作者：奥本海姆等；2．《信号与系统》，作者：王应生等；3．《信号与系统实验•设计•仿真》，作者：严俊等；四. 教学过程1. 讲解实验原理2. 介绍各实验仪器3. 讲解实验内容与步骤4. 实验报告要求5. 布置思考题五. 实验原理1. 冲激信号是阶跃信号的微分dt t dU t )()(=δ 2. 冲激响应也是阶跃响应的微分dtt dW t h )()(= 3. 某一信号)(t f 通过一线性系统后的响应为)()()(t h t f t y *=。

六. 实验设备1. 双踪示波器SS7802 一台2. 函数信号发生器EE1643 一台3. 信号系统实验箱 TPE-SS6 一台七. 实验内容与步骤（一）观察冲激信号与阶跃信号之间的关系1. 按图1－3－1在实验箱上连接好线路。

2. 输入端输入v V KHz f P iP 65==-，的方波信号。

3. 示波器测量输入)(t u 、输出波形)(t δ，记录波形，并将其分别与阶跃信号和冲激信号相比较（参见图1－3－2）。

图1－3－1 微分电路 图1－3－2阶跃信号与冲激信号提醒学生注意：1. 熟悉信号实验箱，信号源，示波器等仪器的使用方法。

2．了解理想信号阶跃信号，冲激信号在实验室一般用方波信号和窄脉冲来替代。

（二） 观察阶跃响应与冲激响应之间的关系（激励为阶跃信号的响应为阶跃响应，激励为冲激信号的响应为冲激响应。

）1．先获得阶跃响应)(t w2．再观察冲激响应)(t h3．观察阶跃响应与冲激响应之间的关系。

信号与系统实验讲义吴彬安徽师范大学物理与电子信息学院二○一○年一月前言“信号与系统”是无线电技术、自动控制、通信工程、生物医学电子工程、信号图象处理、空间技术等专业的一门重要的专业基础课，也是国内各院校相应专业的主干课程。

当前，科学技术的发展趋势既高度综合又高度分化，这要求高等院校培养的大学生，既要有坚实的理论基础，又要有严格的工程技术训练，不断提高实验研究能力、分析计算能力、总结归纳能力和解决各种实际问题的能力。

21世纪要求培养“创造型、开发型、应用型”人才，即要求培养智力高、能力强、素质好的人才。

由于该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法都非常重要，而且系统性、理论性很强，为此在学习本课程时，开设必要的实验，对学生加深理解深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体化，对增强学习的兴趣有极大的好处，做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。

在做完每个实验后，请务必写出详细的实验报告，包括实验方法、实验过程与结果、心得和体会等。

目录实验一基本运算单元 (3)实验二用同时分析法观测50H z非正弦周期信号的分解与合成 (9)实验三无源和有源滤波器 (13)实验四二阶网络函数的模拟 (18)实验五二阶网络状态轨迹的显示 (22)实验六抽样定理 (27)实验七MATLAB在信号与系统的时域分析中的应用 (31)实验八MATLAB在信号与系统的变换域分析中的应用 (40)附录一TKSS-C型信号与系统实验箱 (51)附录二扫频电源操作使用说明 (55)实验一 基本运算单元一、实验目的1、熟悉由运算放大器为核心元件组成的基本运算单元；2、掌握基本运算单元特性的测试方法。

二、实验设备与仪器1、信号与系统实验箱TKSS-C 型；2、双踪示波器。

三、实验原理1、运算放大器运算放大器实际就是高增益直流放大器，当它与反馈网络连接后，就可实现对输入信号的求和、积分、微分、比例放大等多种数学运算，运算放大器因此而得名。

教案：信号与系统一、教学目标：1. 了解信号与系统的基本概念和基本理论。

2. 掌握信号的分类与性质。

3. 理解系统的概念和特点。

4. 学习信号与系统的基本运算和变换。

5. 培养分析和处理信号与系统问题的能力。

二、教学内容：1. 信号与系统的概述1.1 信号的定义和分类1.2 系统的定义和特征1.3 信号与系统的关系2. 基本信号的性质2.1 常用信号的定义和特点2.2 奇偶信号与周期信号2.3 指数信号和复指数信号3. 连续时间信号与系统3.1 连续时间信号的表示与性质3.2 连续时间系统的表示与性质3.3 连续时间信号的基本运算和变换4. 离散时间信号与系统4.1 离散时间信号的表示与性质4.2 离散时间系统的表示与性质4.3 离散时间信号的基本运算和变换5. 线性时不变系统5.1 线性系统的定义和特性5.2 时不变系统的定义和特性5.3 线性时不变系统的性质和表示6. 信号和系统的连续时间和离散时间表示关系6.1 数模转换和模数转换6.2 连续时间信号的采样与重构6.3 采样定理和抽样定理三、教学方法：1. 讲授教学法：通过讲解教师将信号与系统的基本概念和基本理论传授给学生。

2. 实践教学法：通过实际操作和实验，让学生亲自感受信号与系统的性质和运算。

3. 讨论教学法：组织学生进行讨论，促进彼此之间的思维碰撞和交流。

四、教学重点：1. 信号与系统的基本概念和分类。

2. 信号和系统的基本运算和变换。

3. 线性时不变系统的特性和表示。

五、教学评价：1. 课堂小测验：通过课堂小测验检查学生对信号与系统基本概念和基本理论的掌握情况。

2. 实验报告：通过学生完成的实验和实验报告，评价其对信号与系统的基本运算和变换的理解和掌握情况。

3. 期末考试：通过期末考试检查学生对信号与系统整体知识体系的掌握情况。

六、教学资源：1. 课本：信号与系统教材。

2. 电子实验设备：电脑、信号发生器、示波器等。

七、教学反思：信号与系统作为电子信息工程专业的一门重要基础课程，对于学生的综合能力培养具有重要意义。

“信号与系统”是电信工程、自动化、计算机、电子信息等专业的重要基础课程之一，是掌握现代信号处理、通信、控制等领域技能的必备基础。

而实验教学是“信号与系统”课程教学中不可或缺的一环，既可以巩固学生的理论知识，也可以让学生亲身体验在实际应用中的应用效果和实现过程，进一步增强学生的实践能力和创新思维。

因此，本文将从课程目标、实验内容、教学方法和评估方式等方面探讨“信号与系统”实验教学设计。

一、课程目标“信号与系统”课程旨在使学生掌握信号的表示与处理方法、系统的分析与设计方法，具备运用基本理论和方法解决信号处理、通信、控制、图像处理等技术问题的能力。

而实验教学的目的就是通过实例引导学生掌握理论知识，掌握基本实验技能，使学生真正理解所学知识的实际应用场景。

因此，实验教学设计应关注以下方面：1.培养学生的实际应用能力；2.帮助学生掌握实验技能；3.引导学生独立思考问题；4.提高学生的创新能力。

二、实验内容“信号与系统”实验的主要内容包括信号的表示与处理、系统的分析与设计以及应用效果的验证。

下面分别进行介绍：1.信号的表示与处理：包括离散信号与连续信号、周期信号与非周期信号、能量信号与功率信号、线性系统与非线性系统等方面的实验。

2.系统的分析与设计：主要包括系统的时域与频域分析、系统的传输函数与频率响应、系统的稳定性分析、系统的滤波设计等方面的实验。

3.应用效果的验证：通过实验验证掌握所学知识时，还要关注实际应用效果的验证。

例如，设计一个模拟信号处理器的实验，用于对比不同滤波器设计方法(IIR、FIR 等)的性能，也可以利用实验室设备搭建一个通信系统，观察信号的传输效果等等。

三、教学方法实验教学的方式应该尽量注重引导学生独立思考和实践能力的培养，具体可以采用以下方法：1.理论讲解与案例分析相结合：在实验前，应该先进行理论讲解并讲解实验步骤、设备使用方法等，使学生在做实验时可以清楚地理解实验目的及操作要求。

同时，结合实验和案例分析，在实验过程中引导学生思考实验的理论依据。

电子科技大学微电子与固体电子学院标准实验报告（实验）课程名称：信号与系统电子科技大学教务处制表电 子 科 技 大 学实 验 报 告学生姓名：秦潇峰 学 号：2903203008 指导教师：张鹰一、实验室名称：信号与系统实验室 二、实验项目名称：连续系统的幅频特性测量三、实验原理：设一个系统的传递函数为H(S)，输入冲激信号)(t δ的响应就是这个系统的冲激响应h(t)，H(S)与h(t)是一对变换，它能表征一个系统的性能。

任意一个时间连续信号可以表示成冲激信号的加权和移位之和。

⎰+∞∞--=ττδτd t x t x )()()(x(t)通过系统的响应y(t)是系统对加权和移位冲激信号)()(τδτ-t x 的响应的叠加。

)()(τδτ-t x 的响应为)()(ττ-t h x ，那么y(t)为：)(*)()()()(t h t x d t h x t y =-=⎰+∞∞-τττx(t)通过系统的响应y(t)就是x(t)与系统冲激响应h(t)的卷积。

低通滤波器U12的原理图如图3.1-1所示。

Input Output图3.1-1 二阶有源低通滤波器U12的电路原理图零频增益为：10=G 自然角频率为：s krad C C R R n /37.2612121==ω阻尼系数为：212.0)1(2211012211122=--+=C R CR G C R C R C R C R ξ 传递函数为：2220)(nn ns s G s G ωξωω++=归一化的传递函数为：1212.011)(22++=++=λλλλλξs s s s G s G微分方程描述的系统输入输出关系：)()()()(20222t x G t y t y dt d t y dtd n n n ωωξω=++ 单位冲激响应： )(]))2/(1[sin()2/(11)(22/20t u t e G t h n t n n ξωξωξω--=-阶跃响应：)(41sin )2/(12)(41cos )()(22/2022/00t u t e G t u t e G t u G t y n t n t n n ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=--ξωξξξωξωξω利用窄脉冲响应和宽脉冲响应可以近似冲激响应和阶跃响应。

信号与线性系统分析第五版课程设计一、实验目的本课程设计旨在加深学生对信号与线性系统分析的理解，通过手动计算和MATLAB仿真的方式掌握线性时不变系统的时域和频域分析方法，并利用系统性能指标及反馈控制方法进行系统设计与优化。

二、实验内容实验一：线性时不变系统的时域分析1.搭建一阶电路系统，并在Matlab中生成信号源，控制输入信号，测量输出响应；2.根据电路的特性计算纯电容或纯电感电路的暂态响应，比较实测结果与计算结果的差异；3.利用搭建的系统进行阻尼比为0.7的二阶系统的暂态响应计算；4.利用搭建的系统进行多个不同阻尼比的系统进行暂态响应计算，并对其进行比较分析。

实验二：线性时不变系统的频域分析1.对系统进行傅里叶分析，得到系统的频率响应函数（Bode图）；2.利用Bode图分析系统的幅频特性和相频特性，并计算系统的增益裕度、相位裕度以及频率响应的极点和零点；3.通过控制系统参数，改变系统频率响应函数，分析结果并优化系统。

实验三：系统设计与优化1.设计一个高通滤波器，并通过测试进行验证；2.在高通滤波器的基础上，加入积分控制器，利用反馈控制的方法对系统进行优化；3.利用控制系统工具箱进行系统的控制与分析。

三、实验要求1.本课程设计为选修课程，仅面向信号与线性系统分析的专业学生。

2.实验时间：共计24学时，每学时为2小时。

3.所有操作步骤均需手动计算并在Matlab中进行仿真，精度控制在小数点后两位。

4.实验报告需使用Markdown格式编写，每次实验需要写出理论计算过程和仿真结果，并进行对比分析。

四、实验评分1.实验一、实验二各占总分30%，实验三占总分40%。

2.每次实验需提交实验报告，报告占总分30%。

3.实验考试占总分40%，包含在线答题和手动计算两部分。

五、参考资料1.信号与线性系统分析第五版，作者：Alan V. Oppenheim、Alan S.Willsky、S. Hamid Nawab。

实验一、非正弦周期信号的分解与合成一、实验目的1、用同时分析法观测50Hz 非正弦周期信号的频谱，并与其傅里叶级数各项的频率与系数作比较。

2、观测基波和其谐波的合成。

二、实验设备1、信号与系统实验箱（参考型号：TKSS —B 型）2、双踪示波器三、实验原理1、一个非正弦周期函数可以用一系列频率成整数倍的正弦函数来表示，其中与非正弦函数具有相同频率的成分称为基波或一次谐波，其它成分则根据其频率为基波频率的2、3、4、┅、n 等倍数分别称二次、三次、四次、┅、n 次谐波，其幅度将随谐波次数的增加而减小，直至无穷小。

2、不同频率的谐波可以合成一个非正弦周期波，反过来，一个非正弦周期波也可以分解为无限个不同频率的谐波成分。

3、一个非正弦周期函数可用傅里叶级数来表示，级数各项系数之间的关系可用一个频谱来表示，不同的非正弦周期函数具有不同的频谱图。

例如，方波的频谱图如图1-2所示。

图1-1 方波图1-2 方波频谱图方波信号的傅里叶表达式：)9sin 917sin 715sin 513sin 31(sin 4)( +++++=t t t t t U t u mωωωωωπ 周期信号频谱的特点：离散性、谐波性、收敛性； 奇函数只含正弦项，偶函数只含直流量和余弦项；奇谐函数只含奇次谐波分量，偶谐函数只含偶次谐波分量、直流量；四、实验重难点1、本实验以方波和三角波为重点进行实验数据的观测。

2、进行本实验前应熟悉信号与系统实验箱（参考型号：TKSS －B 型）、双踪示波器等有关仪器设备的操作。

五、实验步骤实验装置的结构如图1-3所示。

图1-3 信号分解合成实验装置结构框图1、打开电源总开关，检查50Hz方波信号输出；观察方波的周期和幅值。

2、将50Hz方波信号接到信号分解实验模块BPF输入端15脚（注意输入、输出地接在一起）；将1、2短接，观察直流分量的幅值；将3，4短接，观察基波分量的频率和幅值，并记录之。

将5，6短接，观察二次谐波分量的频率和幅值，并记录之。