单片机、DSP、EDA三种专业技术课程对比分析

[摘 " " " "要] 单片机技术、数字信号处理器DSP技术和电子设计自动化EDA技术是电子信息类本科专业技术课，不同的高校有不同的课程设置安排，不论学习时间如何，课程性质如何，这三种硬件系统设计课程是电子信息类专业本科生必学的三种硬件，缺一不可。针对电子信息类本科专业的主要专业技术课程（单片机技术、DSP技术、EDA技术），按照三门课程的特点进行分析对比，阐述课程学习的重要性和意义。旨在指导该类专业的学生更高效地学好专业技术课程，更好地掌握本专业的主要技术，进而能具备更强的专业技能。

[关 "键 "词] 单片机技术;数字信号处理器DSP技术;电子设计自动化EDA技术

[中图分类号] G712 " " " " " " [文献标志码] "A "[文章编号] 2096-0603（2015）19-0096-02

一、单片机技术

单片机又称单片微控制器，是以8位二进制代码为其基本处理数据的一种微处理器，单片机将一个微型微机系统集成到一块芯片上，再加上外围设备，就形成了一个完整的计算机系统，可以对8位、16位或32位的二进制数字信号进行简单的识别、处理和运算。另外，单片机专业技术课程的学习必须以微机原理为先修课程。

单片机专业技术课程的学习以51单片机为主要学习内容，原因在于51单片机是单片机的始祖，目前大多数单片机都是以51单片机为基础扩展而来。因此，学好51单片机是学习单片机课程的基础。由于单片机历史悠久，价格便宜，且功能强大。其最大的优点就是单片机型号众多，可配置不同型号的单片机以适应不同的应用场合，进而达到实时控制的目的，但最大的缺点也正是因为单片机结构简单，简单易行，故其极大地限制了所设计系统的数据运算量。主要原因在于大多数单片机内部都不含乘法器，单片机实现乘法运算必须以加法来替代，对于乘法运算较多的系统不适合用单片机实现，运算量会相当大，难以实现实时控制的目的。因此，复杂的系统实现，乘法运算过多的系统设计大多采用数字信号处理器DSP来完成，原因在于数字信号处理器内部集成了乘法器，可直接实现乘法运算，正是因此数字信号处理器DSP比单片机要贵得多。

二、数字信号处理器DSP技术

数字信号处理（Digital Signal Processing，缩写为DSP）是一门横跨多门学科的技术，学科起源可追溯到牛顿高斯时代，从PROM出现开始，就有了数字信号处理的概念，国际上将FFT快速傅立叶变换算法的出现作为数字信号处理学科的开端，其实早在FFT快速傅立叶变换算法出现以前，数字信号处理学科已经开始，众多数字信号处理的核心算法已经问世，例如DFT离散傅立叶变换算法则是数字信号处理学科中的重要算法之一，但是由于这些算法计算过程复杂，运算量大，运算速率低，一直只能处于实验阶段，无法实现实时数据的处理，直到FFT快速傅立叶变换算法出现，将数字信号处理学科中的核心算法DFT离散傅立叶变换的运算量大大降低，运算速率极大的提高，实现了实时数据处理，于是数字信号处理学科不再是实验室学科，正式走进生活，与人们身边的众多电子器件联系起来。因此，数字信号处理技术已成为目前信息时代的必备工具。

数字信号处理理论与算法缺一不可，数字信号处理系统的硬件平台有很多种，包括计算机、高速率大容量的单片机、通用数字信号处理器和专用数字信号处理系统、嵌入式系统等等，通过数字信号处理核心算法对数字信号、模数转换之后的模拟信号等进行加工处理，借以达到实现各种不同强大功能的目的。

数字信号处理器DSP芯片比单片机芯片有着更为突出的优点，主要原因在于数字信号处理器DSP内部带有乘法器、累加器，配有适于信号处理的指令（如FFT指令），采用流水线工作方式及并行结构，多总线速度快。

三、EDA技术

EDA技术是指电子设计自动化（Electronic Design Automation）技术，是从计算机技术分离出来的新兴技术，经历了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）和电子系统设计自动化ESDA（Electronic System Design Automation）三个阶段。

电子设计自动化EDA技术包括三大要素，缺一不可：硬件平台可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）、硬件描述语言VHDL、软件开发平台QUARTUS。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构设计，从而颠覆了传统的积木式搭建系统的数字系统设计方法，传统的数字系统设计方法是又一个一个分立元件组成数字系统，然后进行软件设计将分立器件联系起来进行数据传输，而电子设计自动化EDA技术，本质上是设计硬件的内部结构，不用太多分立的外围器件，直接对控制芯片内部硬件结构进行重构设计。

EDA技术就是以计算机为工具，设计者在QUARTUS II软件平台上，用硬件描述语言VHDL或Verilog HDL或AHDL完成编程设计文件，然后由可编程逻辑器件硬件平台将自动完成其内部硬件逻辑结构的重新连接，改变自身内部的硬件电路结构，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地减轻了设计者的劳动强度，很大程度上将数字系统的体积变小，提高了电路设计的效率和可操作性，大大缩短了数字系统的设计至投产，乃至应用的时间周期。

电子设计自动化EDA技术不是通过可编程逻辑器件进行系统设计，而是用硬件描述语言VHDL对可编程逻辑器件芯片进行设计，不需要复杂的硬件电路设计，不需要太多外围电路，一个可编程逻辑器件FPGA就能实现系统所有功能，主要的工作集中在VHDL编程软件设计上，而不是硬件电路设计，这就是电子设计自动化EDA技术与单片机技术、数字信号处理器DSP技术的最本质的区别。

电子信息类本科专业技术还有很多，不仅仅是上述三种，不同的专业技术都有其特点和用途，学生只要在对比分析中学习，勤加练习，多实践，多动手，就可以熟练掌握各种专业技术。

参考文献：

[1]李广弟.单片机基础（第3版）[M].北京航空航天大学出版社，2011.

[2]刘艳萍，李志军.DSP技术原理及应用教程（第3版）[M].北京航空航天大学出版社，2012.

[3]路而红，高献伟，冼立勤.电子设计自动化应用技术[M].北京希望电子出版社，2000.