数字信号处理

课程设计

指导书

信息与通信工程学院

一、数字信号处理课程设计目的

通过课程设计，主要达到以下目的：

1、使学生进一步掌握数字信号处理课程的基本理论、基本方法和基本技术。

2、使学生增进对MATLAB的认识，利用MATLAB加深对理论知识的理解。

3、使学生了解和掌握使用MATLAB的应用过程和方法，为以后的设计打下良好基础。

二、数字信号处理课程设计说明及要求

1、课程设计选题方面，学生可以从老师的命题中任选一题进行课程设计；也可自已命题，但必须要经过指导教师审查同意后方可进行设计。

2、课程设计要求学生写出详细的设计报告，包括设计源程序及设计结果和数据波形等内容。

3、要求学生能熟练掌握MATLAB软件的使用方法。

4、要求学生能独立写出文理通顺的、有理论根据的、实事求是的、科学严谨的课程设计报告。

三、数字信号处理课程设计过程

课程设计包括理论和实践两个方面。学生对设计任务进行分析、设计、制作与调试等工作是课程设计的实践部分；撰写课程设计的总结报告，即将分析、设计、制作和调试过程进行全面总结，是把实践内容提升到理论高度的过程，是课程设计的理论部分。通过课程设计报告，可以培养技术归纳能力、论文撰写能力和工作总结能力。课程设计大致包括以下几个环节：

1、选择题目：根据自己掌握的知识和具备的能力，选择合适的题目。

2、明确任务：根据选择的题目，进一步明确设计任务或技术指标。

3、理论分析：从理论方面分析和解决设计任务。

4、技术实现：从实践方面达到或实现理论分析。

5、得出结论：列出程序结果或数据波形，得出设计结论。

6、设计总结：结合以上设计环节，写出设计报告，总结经验方法，得出设计结论和概括成果意义等等，并指出存在的问题或努力的方向。

四、数字信号处理课程设计题目

五、对课程设计报告的要求

课程设计报告的封面一律按照范文规定的模版格式，课程设计报告的内容主要包括设计题目、设计要求、设计原理、技术实现、设计结果、数据波形、收获与体会和参考文献等项目。这些项目多少与格式不作统一限制，但要求用A4纸打印。电子文档以学生的一卡通学号姓名为文件名（如：12345678910张三），发送到 hnistcai@163.com 邮箱。

六、参考资料

[1] 陈怀琛,吴大正,高西全.MATLAB及在电子信息课程中的应用(第2版)[M].北京:电子工业出版社, 2004

[2] 高西全,丁玉美.数字信号处理(第三版)[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008

[3] 刘顺兰,吴  杰.数字信号处理(第二版)[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008

[4] 吴湘淇.信号、系统与信号处理(上、下)[M].北京:电子工业出版社,2000

[5] 张志勇.精通MATLAB6.5[M].北京：北京航空航天大学出版社,2003

[6] 门爱东,杨  波,全子一.数字信号处理[M].北京：人民邮电出版社, 2003

[7] 吴湘淇.信号与系统(第3版)[M].北京:电子工业出版社, 2009

[8] 吴湘淇,肖熙，郝晓莉.信号、系统与信号处理的软硬件实现[M].北京:电子工业出版社, 2002

[9] 万建伟,王  玲.信号处理仿真技术[M].长沙:国防科技大学出版社, 2008

[10] John G. Proakis,Dimitris G. Manolakis. 数字信号处理[M].方艳梅,刘永清译.北京:电子工业出版社, 2007

[11] Sanjit K Mitra. 数字信号处理实验指导书[M].孙洪等译.北京:电子工业出版社,2006

[2] 丁玉美，高西全.数字信号处理(第二版)[M].西安：西安电子科技大学出版社，2000,12

[3]陈后金，薛健，胡健.数字信号处理（第1版）.北京:高等教育出版社,2004,7

第二篇：《数字信号处理课程设计指导书》-通信10级

《数字信号处理课程设计》

指导书

光电信息与通信工程学院

通信工程专业

20xx年12月

目录

一、课程设计基本信息┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1

二、课程设计目的与要求┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1

三、选题与学时安排┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1

四、课程设计时间安排与考核方法┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1

五、课程设计内容┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄2 设计题目1任务书┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9 设计题目2任务书┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄10 设计题目3任务书┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄11 设计题目4任务书┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄12 设计题目5任务书┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄13 设计题目6任务书┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄14 设计题目7任务书┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄15 设计题目8任务书┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄16

六、课程设计报告要求┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄17

七、数字信号处理课程设计环节参考资料及网站┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄17

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一．课程设计基本信息

1、课程性质：专业课，必修

2、适用专业：通信工程

3、课程设计学时/学分：1周（20学时）/ 1学分

二．课程设计目的和要求

1、目的：本课程设计是为了配合数字信号处理的理论教学、加强实践环节而开设的。其目的在于通过综合运用数字信号处理的理论知识完成频谱分析以及滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，并利用MATLAB编程工具进行计算机实现，从而巩固数字信号处理的理论知识，培养学生解决实际问题的能力，提高学生对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步实现对数字信号的处理，完成数字信号处理应用设计。通过课程设计，主要达到以下目的：

⑴ 使学生增进对MATLAB的认识，加深对数字信号处理理论的理解。

⑵ 使学生掌握数字信号处理中频谱分析的概念及方法。

⑶ 使学生掌握数字信号处理中IIR和FIR滤波器的设计。

⑷ 使学生了解并掌握用MATLAB实现IIR和FIR滤波器的设计方法、过程。

2、要求：根据所学知识独立完成基本设计任务，对于创新设计可以不受大纲限制，经老师审核同意并在条件允许的情况下，可以自行命题。本课程设计以实验室实验为主，采取较为灵活的教学方式，大部分时间由学生自己操作，必要时配合少量的理论讲授。主要采用MATLAB软件加以实现。

三．选题与学时安排

1、选题：本课程设计共安排8个设计题目。每班4～5人为1组，1人1套设备，每组选作不同的题目，题目选定并由指导教师批准后，即可开始设计。4个班共分4个批次。

2、学时安排：整个课程设计为期一周，共20学时，具体学时安排如下：

4学时 学习设计题目相关知识，查阅资料，掌握实现的原理；

4学时 用MATLAB语言编成实现题目要求；

4学时 软件调试；

4学时 进一步完善功能，现场检查、答辩；

4学时 完成课程设计报告。

四．课程设计时间安排与考核方法

1、时间安排：

第1天：老师布置设计任务，讲解设计要求，提示设计要点。

第2天：查阅资料（在图书馆或上网），弄清题目要求，提出解决方案。

第3～4天：根据题目要求，编写程序并调试程序。

第5天：撰写设计报告。

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2、考核方法：

以出勤率和上机率、程序调试过程与结果和设计报告三部分综合评定课程设计成绩。三部分所占比例分别是：出勤率和上机率占20%，程序调试过程与结果占50%，课程设计报告占30%。

⑴ 要求设计的程序和波形、设计报告必须独立完成，并鼓励创新。

⑵ 设计报告交打印件，内容必须齐全、完整、工整。

属于下述情形之一的，课程设计按不及格论处：

⑴ 课程设计报告雷同的；

⑵ 凡是没有请假就不参加设计的；

⑶ 不参加开题的，不按规定答辩的，未按时完成设计报告的。

五．课程设计内容

1、课程设计题目总表

（1）线性卷积与圆周卷积演示程序的设计（线性移不变离散时间系统的求解）

（2）奈奎斯特采样定理岩石程序的设计（时域采样频域周期延拓）

（3）频域采样定理演示程序的设计（频域采样时域周期延拓）

（4）模拟滤波器设计演示程序的设计（从ALPF到AHPF、ABPF、ABSF幅度特性对比演示）

（5）B型数字低通滤波器的设计（使用冲击响应不变法设计）

（6）C型（I）数字低通滤波器的设计（使用双线性变换法设计）

（7）基于窗函数设计法线性相位型FIR数字低通滤波器设计

（8）基于频率抽样设计法线性相位型FIR数字低通滤波器设计

2、设计题目要求细则

（1）线性卷积与圆周卷积演示程序的设计（线性移不变离散时间系统的求解）

目的：① 熟练掌握MATLAB工具软件在工程设计中的使用；

② 熟练掌握线性卷积与圆周卷积的关系及LSI离散时间系统系统响应的求解方法。 要求：① 动态演示线性卷积的完整过程；

② 动态演示圆周卷积的完整过程；

③ 对比分析线性卷积与圆周卷积的结果。

步骤：① 可输入任意2待卷积序列x1(n)、x2(n)，长度不做限定。测试数据为：

x1(n)={1,1,1,1,0,0,1,1,1,1,0,0}，x2(n)={0,1,2,1,0,0,0,1,2,1,0,0}；

② 分别动态演示两序列进行线性卷积x1(n)﹡x2(n)和圆周卷积x1(n)⊙x2 (n)的

过程；要求分别动态演示翻转、移位、乘积、求和的过程；

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③ 圆周卷积默认使用2序列中的最大长度，但卷积前可以指定卷积长度N

用以进行混叠分析；

④ 根据实验结果分析两类卷积的关系。

⑤ 假定时域序列x1(n)、x2(n)的长度不小于10000，序列内容自定义。利用

FFT实现快速卷积，验证时域卷积定理，并与直接卷积进行效率对比。

（2）奈奎斯特采样定理演示程序的设计（时域采样频域周期延拓）

目的：① 熟练掌握MATLAB工具软件在工程设计中的使用；

② 熟练掌握奈奎斯特采样定理在数字信号处理中的重要意义。

要求：① 动态演示时域采样与频域周期延拓现象；

② 说明频域混叠现象与抗混叠滤波器设置的必要性。

步骤：① 假设频域归一化三角波的频带宽度fc= 100 Hz，对应的时域信号为：

y(t)=fc[sinc(fct/4)]2/2；

② 要求输入采样频率fs（根据程序处理需要指定范围）后，在时域演示信号

波形、采样脉冲及采样后信号；在频域演示对应的信号频谱、采样脉冲及

频域周期拓延；

③ 追加一高频干扰信号，经抗混叠滤波器后，再行采样，说明抗混叠滤波器的作用。 注：sinc(x)=sin(πx)/(πx)。

（3）频域采样定理演示程序的设计（频域采样时域周期延拓）

目的：① 熟练掌握MATLAB工具软件在工程设计中的使用；

② 熟练掌握频域采样定理在数字信号处理中的重要意义。

要求：① 动态演示频域采样与时域周期延拓现象；

② 动态演示频域采样与时域周期延拓序列主值区域的关系；

③ 说明频域采样点数M不小于时域序列长度N的必要性。

步骤：① 产生一时域序列信号，长度为N；对其频谱进行采样，取得M个频谱抽样值；

② 动态演示通过M个频谱抽样值恢复时域序列的过程（M根据程序处理需要指定范围），在频域演示原信号频谱及其抽样值信号；在动态演示时域原始序列及由频谱抽样值恢复的周期延拓时域序列。

③ 动态演示频域采样与时域周期延拓序列主值区域的关系；

④ 分析说明M大于等于N的必要性。

（4）模拟滤波器设计演示程序的设计（从ALPF到AHPF、ABPF、ABSF幅度特性对比演示） 目的：① 熟悉和巩固模拟滤波器的设计方法和原理

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② 熟练掌握MATLAB工具软件在工程设计中的使用；

③ 熟练掌握模拟滤波器的设计过程及由ALPF到各型模拟滤波器的幅频特性对比。

要求：① 设定ALPF幅频特性指标，设计出ALPF；

② 动态演示由ALPF到模拟各型滤波器的幅频特性；

③ 简要说明采用冲击响应不变法对AHPF和ABSF数字化时保护滤波器的作用。

步骤：① 设计过程详见教材相关内容；

② 使用巴特沃斯滤波器，其阶数N应该根据实际参数计算（计算公式和方法

如教材所述），为方便作图，这里指定阶数为N=5，并假定通带截止频率ωp=1

rad，阻带截止频率ωs=2 rad，；

③ 分别用不同颜色曲线绘制通带、过渡带和阻带。要求根据变换关系动态

演示低通滤波器和目标滤波器的幅度特性。

④ 简要说明采用冲击响应不变法对AHPF和ABSF数字化时保护滤波器的作用。

（5）B型数字低通滤波器的设计（使用冲击响应不变法设计）

目的：① 掌握B型模拟滤波器设计原理与方法；

② 熟练掌握MATLAB工具软件在工程设计中的使用；

③ 熟练掌握B型模拟滤波器的数字化设计过程。

要求：① 设定ALPF幅频特性指标，设计出ALPF及对应的DLPF；

② 对比分析ALPF与DLPF幅频特性是否一致；

③ 产生一有干扰频率的时域序列（借助FFT分析说明其有干扰），使之通过所设计的DLPF， 对滤波输出结果作出分析，说明输出结果。

步骤：① 根据给定设计指标（通带截止频率fp=100 Hz，通带最大衰减αp=2 dB，阻带截止频率

fs=120 Hz，阻带最小衰减αs=60 dB）设计B型模拟滤波器；

② 根据冲击响应不变法设计与之相应的DLPF；

③ 给出所设计滤波器的幅度及幅度衰减特性并分析是否满足设计需要；

④ 产生一有干扰频率的时域序列（借助FFT分析说明其有干扰），使之通过所设计的DLPF， 对滤波输出结果作出分析，说明输出结果；

⑤ 扩展部分：自拟指标，设计一个DBPF，并检验设计效果。

（6）C型（I）数字低通滤波器的设计（使用双线性变换法设计）

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目的：① 掌握C型模拟滤波器设计原理与方法；

② 熟练掌握MATLAB工具软件在工程设计中的使用；

③ 熟练掌握C型模拟滤波器的数字化设计过程。

要求：① 设定ALPF幅频特性指标，设计出ALPF及对应的DLPF；

② 对比分析ALPF与DLPF幅频特性是否一致；

③ 产生一有干扰频率的时域序列（借助FFT分析说明其有干扰），使之通过所设计的DLPF， 对滤波输出结果作出分析，说明输出结果。

步骤：① 根据给定设计指标（通带截止频率ωp=0.4π，通带最大衰减αp=0.5 dB，阻带截止频率

ωs=0.6π，阻带最小衰减αs=50 dB，令T=2）设计B型模拟滤波器；

② 根据双线性变换法设计与之相应的DLPF；

③ 给出所设计滤波器的幅度及幅度衰减特性并分析是否满足设计需要；

④ 产生一有干扰频率的时域序列（借助FFT分析说明其有干扰），使之通过所设计的DLPF， 对滤波输出结果作出分析，说明输出结果。

⑤ 扩展部分：自拟指标，设计一个DBPF，并检验设计效果。

（7）基于窗函数设计法线性相位型FIR数字低通滤波器设计

目的：① 熟练掌握MATLAB工具软件在工程设计中的使用；

② 熟练掌握窗函数法设计线性相位型FIR滤波器的方法。

要求：① 根据给定ALPF幅频特性指标，生成与之相对应的模拟滤波器h(t)；

② 根据h(t)取得与之想对应的数字滤波器冲击响应函数h(n)；

③ 选择适当的窗函数，构建线性相位型FIR的冲击响应函数hd(n)；

④ 设计与之相对应的DLPF，对比分析DLPF幅频特性是否符合要求；

⑤ 产生一有干扰频率的时域序列（借助FFT分析说明其有干扰），使之通过所设计的DLPF， 对滤波输出结果作出分析，说明输出结果。

步骤：① 根据给定设计指标（通带截止频率fb＝1 000 Hz，通带最大衰减αp=1dB，阻带截止频率fc

＝1 200 Hz，阻带最小衰减αs=100 dB，令T=2）生成与之相对应的模拟滤波器h(t)；

② 根据h(t)取得与之想对应的数字滤波器冲击响应函数h(n)；

③ 选择适当的窗函数，构建线性相位型FIR的冲击响应函数hd(n)；

④ 设计与之相对应的DLPF，给出窗函数及所设计滤波器的幅度特性，并对比理想冲激响应 和实际冲击响应，对比分析DLPF幅频特性是否符合要求；

⑤ 试说明不同窗函数对所设计数字滤波器性能的影响；

⑥ 产生一有干扰频率的时域序列（借助FFT分析说明其有干扰），使之通过所设计的DLPF，

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对滤波输出结果作出分析，说明输出结果。

（8）基于频率抽样设计法线性相位型FIR数字低通滤波器设计

目的：① 熟练掌握MATLAB工具软件在工程设计中的使用；

② 熟练掌握频率抽样法设计FIR线性相位型数字滤波器的设计过程。

要求：① 根据给定DLPF幅频特性指标，设计DLPF；

② 对比检验DLPF幅频特性是否符合设计要求；

③ 通过实际检验，验证DLPF符合设计要求。

步骤：① 根据给定DLPF幅频特性要求（通带截止频率ωp=0.5π，通带最大衰减αp=0.5 dB，阻带截止

频率ωs=0.6π，阻带最小衰减αs=50 dB）取得DLPF的X(K)；

② 根据线性相位型数字滤波器条件，构建线性相位型DLPF的X(K)；

③ 根据X(K)生成DLPF的h(n)；

④ 设计与之相对应的DLPF，给出窗函数及所设计滤波器的幅度特性，对比分析DLPF幅频特 性是否符合要求；

⑤ 试说明过渡点对所设计数字滤波器性能的影响；

⑥ 产生一有干扰频率的时域序列（借助FFT分析说明其有干扰），使之通过所设计的DLPF， 对滤波输出结果作出分析，说明输出结果。

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《数字信号处理课程设计》任务书

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《数字信号处理课程设计》任务书

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《数字信号处理课程设计》任务书

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《数字信号处理课程设计》任务书

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《数字信号处理课程设计》任务书

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《数字信号处理课程设计》任务书

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《数字信号处理课程设计》任务书

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《数字信号处理课程设计》任务书

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六．课程设计报告要求

按学校下发的《课程设计管理条例》，所有课程设计须完成类似毕业设计的报告或论文，并参加答辩，成绩分为优、良、中、及格、不及格。课程设计报告采用统一的课程设计用纸(A4)打印，于课程设计完成一周内上交。课程设计报告具体要求如下：

1. 封面。包括：题目、系、班级、学生姓名、指导老师签字及时间（年、月、日）等；

2. 任务书。由指导教师填写；A4纸打印；设计题目与任务书相对应，根据选题，附于封面后；

3. 摘要（设计说明书可免此项）。摘要是论文内容要点的简练陈述，一般不超过400字，关键词为4个左右，关键词应在摘要中出现；

4. 目录。目录要层次清晰，要给出标题及页次，目录的最后一项是无序号的“参考文献资料”；

5. 正文。正文部分格式、结构等参考“课程设计报告结构及格式要求”，FTP服务器可下载。从内容上看报告结构大体可以按照概述、相关知识简介（设计原理）、设计过程（设计思想、功能结构、功能描述或流程描述）、实验结果（原程序清单及仿真波行、图表）及分析（包括所遇到的问题及解决方法）、结束语（心得体会）等几个章节来写，基本上就相当于回答要做什么、用了那些相关知识、怎么做的及结果结论。根据每个人理解的不同章节名称和顺序可有所不同。正文应按目录中编排的章节依次撰写，要求计算正确，论述清楚，文字简练通顺，插图简明，书写整洁。文中图、表不能徒手绘制；

6. 参考文献（资料）。只列出在课程设计中真正阅读过和采用过的参考文献，按照在正文中的出现顺序依次排序。各类文献的注录格式如下：

(1) 图书类的参考文献

[序号]作者姓名．书名（版次）．出版地：出版单位，出版年：起止页码。

(2) 期刊类的参考文献

[序号]作者姓名．文题．期刊名，出版年，卷（期）：起止页码。

(3) 会议类的参考文献

[序号]作者姓名．题目名．文集名，出版地：出版单位，出版年：起止页码。

注：报告字数要求不少于2000字。

七．数字信号处理课程设计环节参考资料及网站

（1）数字信号处理（第二版） 丁玉美 西安电子科技大学出版社

（2）应用MATLAB实现信号分析和处理 张明照 科学出版社

（3）数字信号处理及MATLAB实现 余成波 清华大学出版社

（4）MATLAB7.0在数字信号处理中的应用 罗军辉 机械工业出版社

（5）MATLAB信号处理 刘波 电子工业出版社

（6）Matlab信号处理与应用 董长虹 国防工业出版社

（7）数字信号处理原理及其MATLAB实现 从玉良 电子工业出版社

（8）数字信号处理基础及MATLAB实现 周辉 中国林业出版社

（9）《数字信号处理及其MATLAB实现》，陈怀琛等译，电子工业出版社；

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（10）《MATLAB及在电子信息课程中的应用》，陈怀琛等，电子工业出版社。

（11） 《Matlab通信仿真与应用》，刘敏,魏玲．北京：国防工业出版社,2001

2.相关网站

（2）Matlab大观园http://matlab.

（3）Matlab学习网

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