《數(shù)字濾波實驗》課程標(biāo)準(zhǔn)

《數(shù)字濾波實驗》課程標(biāo)準(zhǔn)第一部分前言一、課程基本信息課程編號課程名稱課程類別學(xué)時學(xué)分開課學(xué)期考核方式適用專業(yè)開課單位AL042870數(shù)字濾波實驗任意選修80.57考查電子信息工程機(jī)電工程學(xué)院二、課程性質(zhì)本課程是電子信息工程專業(yè)的專業(yè)任選課程，是一門實驗課程。在技術(shù)不斷發(fā)展的今天，數(shù)字濾波技術(shù)越來越多的進(jìn)入人們生活的各個領(lǐng)域。本課程數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求比較高，如級數(shù)、傅里葉變換、拉普拉斯變換等。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握數(shù)字濾波的基礎(chǔ)理論，熟練掌握數(shù)字濾波器的基本理論和設(shè)計方法；培養(yǎng)學(xué)生能夠從數(shù)學(xué)概念、物理概念及工程概念去分析問題和解決問題。三、課程基本理念 實驗課是重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是使學(xué)生加深對線性時不變離散時間系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識、數(shù)學(xué)模型（差分方程）及其求解，Z變換，離散傅立葉變換（DFT）理論的理解；學(xué)會設(shè)計無限長單位脈沖響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器和有限長單位脈沖響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾波器。通過實驗，培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能，動手能力，分析問題、解決問題的能力，為進(jìn)一步進(jìn)行工程實踐奠定基礎(chǔ)。四、課程的設(shè)計思路數(shù)字濾波實驗是電子信息工程專業(yè)的一門專業(yè)任選實踐課程，該課程采用學(xué)做一體，通過四個實驗來進(jìn)行教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的分析與解決問題的能力。實驗一：線性時不變系統(tǒng)響應(yīng)的求解；實驗二：用FFT對信號作頻譜分析；實驗三：IIR濾波器的設(shè)計；實驗四：FIR濾波器的設(shè)計。該課程在第四學(xué)年第一學(xué)期進(jìn)行，共8學(xué)時。第二部分課程目標(biāo)一、總體目標(biāo)實驗需每個學(xué)生獨(dú)立完成，即一人一組，著重培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力。實驗前，學(xué)生應(yīng)認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書，弄懂實驗原理，明確實驗?zāi)康?、?nèi)容、方法和步驟，以及儀器使用注意事項，需要編寫軟件的應(yīng)該在實驗前寫好程序代碼。通過實驗，使得學(xué)生養(yǎng)成善于理論聯(lián)系實際的習(xí)慣，將所學(xué)到專業(yè)理論知識應(yīng)用于實踐當(dāng)中，提高學(xué)生在實際工作中分析問題和解決問題的能力。二、具體目標(biāo)1.知識與方法（1）熟悉Matlab軟件的的界面和基本操作方法。（2）掌握線性時不變系統(tǒng)輸出響應(yīng)的求解方法。（3）加深對離散傅立葉變換（DFT）變換的理解。熟悉FFT算法，學(xué)會用FFT對信號進(jìn)行頻譜分析的方法。（4）掌握IIR濾波器和FIR濾波器的設(shè)計方法。2.技能與能力通過本課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生養(yǎng)成善于理論聯(lián)系實際的習(xí)慣，將所學(xué)到專業(yè)理論知識應(yīng)用于實踐當(dāng)中，提高學(xué)生在實際工作中分析問題和解決問題的能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的智力，培養(yǎng)分析與解決問題的能力；培養(yǎng)良好的非智力素質(zhì)；培養(yǎng)科學(xué)的世界觀和方法論；培養(yǎng)創(chuàng)新思維意識和技術(shù)創(chuàng)新能力。3.情感與態(tài)度（1）學(xué)會一定的溝通、交際、組織、團(tuán)隊合作的社會能力；（2）具有一定的自學(xué)、創(chuàng)新、可持續(xù)發(fā)展的能力；（3）具有一定的解決問題、分析問題的能力；（4）具有良好的職業(yè)道德和高度的職業(yè)責(zé)任感。第三部分內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)一、課程結(jié)構(gòu)序號章節(jié)/單元/項目/任務(wù)名稱實驗/實踐類型組織形式教學(xué)場地儀器設(shè)備學(xué)時分配備注1線性時不變系統(tǒng)響應(yīng)的求解驗證型獨(dú)立完成實驗室計算機(jī)2學(xué)時2用FFT對信號作頻譜分析驗證型獨(dú)立完成實驗室計算機(jī)2學(xué)時3IIR濾波器的設(shè)計設(shè)計型獨(dú)立完成實驗室計算機(jī)2學(xué)時4FIR濾波器的設(shè)計設(shè)計型獨(dú)立完成實驗室計算機(jī)2學(xué)時二、具體內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)序號章節(jié)/單元/項目/任務(wù)名稱主要內(nèi)容內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)建議與說明1線性時不變系統(tǒng)響應(yīng)的求解（1）解差分方程求系統(tǒng)的輸出；（2）有單位脈沖響應(yīng)求系統(tǒng)的輸出。掌握求系統(tǒng)響應(yīng)的方法；掌握時域離散系統(tǒng)的時域特性。2學(xué)時2用FFT對信號作頻譜分析（1）對序列進(jìn)行譜分析；（2）對周期序列進(jìn)行譜分析；（3）對模擬信號進(jìn)行譜分析進(jìn)一步加深對離散傅立葉變換（DFT）變換的理解。熟悉FFT算法，加深對FFT算法的理解。學(xué)習(xí)用FFT對信號進(jìn)行頻譜分析的方法。2學(xué)時3IIR濾波器的設(shè)計設(shè)計IIR濾波器學(xué)會調(diào)用Matlab信號處理工具箱中濾波器設(shè)計函數(shù)設(shè)計各種IIR濾波器，學(xué)會根據(jù)濾波器需求確定濾波器指標(biāo)參數(shù)。2學(xué)時4FIR濾波器的設(shè)計設(shè)計FIR濾波器學(xué)會調(diào)用Matlab函數(shù)設(shè)計與實現(xiàn)FIR濾波器。2學(xué)時第四部分課程實施建議一、教學(xué)建議（一）課程組織形式實驗需每個學(xué)生獨(dú)立完成，即一人一組。實驗課一般分課前預(yù)習(xí)、實驗和分析討論、書寫實驗報告三個階段，各個階段要求如下：1.課前預(yù)習(xí)要求在預(yù)習(xí)時仔細(xì)閱讀實驗指導(dǎo)書，復(fù)習(xí)教科書或教學(xué)參考書中有關(guān)章節(jié)或參考有關(guān)資料，明確實驗?zāi)康?、任?wù)，了解實驗基本原理、方法、步驟。2.實驗（1）教師在實驗前講授實驗要求及注意事項。（2）實驗按預(yù)定步驟進(jìn)行，注意實驗儀器的正確操作方法。（3）按要求完成全部規(guī)定的實驗項目，將實驗儀器整理好，按規(guī)定位置放好，搞好清潔衛(wèi)生工作方可離開實驗室。3.實驗報告每個實驗完成后都要撰寫實驗報告。實驗報告主要包括以下內(nèi)容：實驗名稱、專業(yè)班級、姓名、實驗日期、實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗程序、實驗結(jié)果及分析和討論等。實驗報告要簡明扼要、字跡清楚、圖表整潔、結(jié)論明確。（二）教學(xué)模式、策略和方法實驗教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置由淺入深、由基礎(chǔ)到綜合，注重對學(xué)生實踐動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實驗過程中，要求學(xué)生首先是掌握數(shù)字濾波的基本理論；然后學(xué)會基本運(yùn)算程序編寫方法，實現(xiàn)相應(yīng)的功能，能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的現(xiàn)象和問題做出合理的解釋；掌握基本方法后，結(jié)合專業(yè)做一些綜合性的設(shè)計實驗，如濾波程序的設(shè)計。教師對學(xué)生實驗中出現(xiàn)的問題，從基本概念、設(shè)計思路及實現(xiàn)方法上加以引導(dǎo)，主要培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。（三）教學(xué)媒體手段計算機(jī)，講授，學(xué)生實驗。（四）學(xué)生學(xué)習(xí)準(zhǔn)備1.實驗前應(yīng)復(fù)習(xí)教科書中有關(guān)章節(jié)，認(rèn)真研讀實驗指導(dǎo)書，了解實驗?zāi)康?、項目、方法與步驟，明確實驗過程中應(yīng)注意的問題，并按照實驗項目準(zhǔn)備記錄抄表等。2.實驗前應(yīng)寫好預(yù)習(xí)報告，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查認(rèn)為確實作好了實驗前的準(zhǔn)備，方可開始作實驗。3.認(rèn)真作好實驗前的準(zhǔn)備工作，對于培養(yǎng)同學(xué)獨(dú)立工作能力，提高實驗質(zhì)量和保護(hù)實驗設(shè)備都是很重要的。二、實驗（實踐）條件建議（一）教學(xué)時間設(shè)定每項實驗項目標(biāo)準(zhǔn)用時規(guī)定2學(xué)時，具體實驗項目根據(jù)數(shù)字濾波理論課程進(jìn)度安排，在相應(yīng)理論課結(jié)束后及時進(jìn)行。（二）場地與環(huán)境要求數(shù)字濾波實驗在電子信息實驗室進(jìn)行，30臺計算機(jī)滿足每次30人的實驗場地要求。（三）儀器、設(shè)備與設(shè)施計算機(jī)。（四）安全保障與注意事項1.進(jìn)入實驗室后，到指定機(jī)器位置就坐。2.請保持實驗室安靜、整潔。禁止大聲喧嘩、隨地吐痰不要亂扔紙屑，不要帶食品進(jìn)入實驗室。3.請愛護(hù)儀器設(shè)備，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程。出現(xiàn)故障請及時跟實驗室老師聯(lián)系。4.請建立個人文檔，不要刪改他人以及機(jī)器內(nèi)部信息。三、評價建議（一）考核方式1.每次實驗，學(xué)生都必都需認(rèn)真地獨(dú)立完成實驗報告。2.實驗報告應(yīng)含：實驗原理、所用儀器、操作方法和步驟、實驗結(jié)果及討論等內(nèi)容，學(xué)生需認(rèn)真分析實驗結(jié)果，對其進(jìn)行討論，杜絕相互抄襲的現(xiàn)象。（二）評價辦法1.本課程采用平時考核，結(jié)合每次實驗的實驗報告評分，綜合評定期末成績（期末不另設(shè)獨(dú)立的實驗考試），平時考核占50％，實驗報告占50％。2.實驗成績分：優(yōu)、良、中、及格、不及格五級。量化標(biāo)準(zhǔn)詳見有關(guān)規(guī)定。四、教材選擇與編寫建議（一）指導(dǎo)書張云.數(shù)字濾波實驗指導(dǎo)書.河北科技師范學(xué)院自編教材。（二）參考書籍[1]高西全.數(shù)字信號處理(第四版).西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2016.[2]鄭君里.信號與系統(tǒng)(第三版).北京:高等教育出版社,2011.[3]胡廣書.數(shù)字信號處理---理論、算法與實現(xiàn)(第三版).北京:清華大學(xué)出版社,2012.[4]程佩青.數(shù)字信號處理教程(第四版).北京:清華大學(xué)出版社,2013.五、課程資源利用與開發(fā)建議（一）校外實踐教學(xué)基地開發(fā)與建設(shè)充分利用校外專業(yè)實習(xí)實訓(xùn)基地，創(chuàng)造條件，幫助學(xué)生接觸社會生產(chǎn)實踐，增強(qiáng)社會綜合適應(yīng)能力。（二）校內(nèi)實驗室與實訓(xùn)基地的利用電子信息實驗室。（三）音像資料與信息技術(shù)指導(dǎo)教師可以制作整個項目完成過程的音像資料，