基于FPGA的電子表決器電路的設計與實現

電子設計自動化(Electronic Design Automation，EDA)是以計算機為載體，在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言VHDL完成設計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術的出現，大幅提高了電路設計的效率和可操作性，減輕了勞動強度。利用EDA工具，電子設計師可從概念、算法、協議等方面開始設計電子系統，大量工作可通過計算機完成，并可將電子產品從電路設計、性能分析到設計出PCB版圖的整個過程都在計算機上自動處理完成。基于EDA軟件的FPGA開發已廣泛應用于電子電路的設計與實現中，圖1為基于EDA軟件的FPGA開發流程。

1 電子表決器電路

傳統的電子表決器通過邏輯門電路實現、功能簡單、不易擴展，表1是一種3人表決器的真值表，圖2是由邏輯門組成的電路圖。

2 基于FPGA的電子表決器

2.1 8人表決器電路

結合VHDL語言在FPGA平臺實現電子表決器電路設計，可減小系統面積，方便擴展升級，以下程序是使用VHDL語言描述的8人表決電路。

2.2 10人表決器電路

通過8人表決電路表決通過時電路狀態的觀察和驗證，使用VHDL語言在FPGA平臺實現10人表決器電路設計。在8人表決器編程基礎上修改程序，實現10人表決器電路的設計。編程中完成參與表決的每個人均可選擇贊成、放棄或棄權。同時，增加了控制鍵，可增加專人在進行表決過程中的控制，實現了表決的開始、結束和數據的鎖存。

3 電路仿真

圖3是8人表決器電路時序波形，從圖中可看出程序實現了設計要求，在8人表決器程序的RTL生成電路界面顯示有9個邏輯門和硬件資源組成電路。

按圖4所示進行管腳鎖定后，即可在實驗箱上進行驗證，將程序下載到實驗平臺后，獲取實驗結果，經驗證符合設計要求。

圖5為程序仿真結果。在10人表決器的RTL電路界面圖中可看出，其比8人表決器程序的RTL電路界面圖多出了一些硬件資源，若單獨使用邏輯門設計電路將是一件復雜的工作，且不便于修改和測試。

而使用EDA進行設計，還可方便地進行系統擴展，如上述程序中只需增加幾個輸出端口，將SUMA，SUMB，SUMC的值賦給相應端口，在外接數碼管便可顯示出贊成、反對、棄權的人數。或增加聲音模塊，使系統更具實用價值。而進行這些工作只需改變程序，加入現成的元器件即可。

4 結束語

電子表決器，做為投票系統中的客戶端，是一種代表投票或舉手表決的裝置。基于FPGA電子表決器的設計解決了傳統投票表決方式存在投票耗時長、計票任務重，且易于出錯、易受人控制等缺點，故在表決、選舉中獲得了廣泛應用。