基于FPGA的电子表决器电路的设计与实现

电子设计自动化(Electronic Design Automation，EDA)是以计算机为载体，在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，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，大幅提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了劳动强度。利用EDA工具，电子设计师可从概念、算法、协议等方面开始设计电子系统，大量工作可通过计算机完成，并可将电子产品从电路设计、性能分析到设计出PCB版图的整个过程都在计算机上自动处理完成。基于EDA软件的FPGA开发已广泛应用于电子电路的设计与实现中，图1为基于EDA软件的FPGA开发流程。

1 电子表决器电路

传统的电子表决器通过逻辑门电路实现、功能简单、不易扩展，表1是一种3人表决器的真值表，图2是由逻辑门组成的电路图。

2 基于FPGA的电子表决器

2.1 8人表决器电路

结合VHDL语言在FPGA平台实现电子表决器电路设计，可减小系统面积，方便扩展升级，以下程序是使用VHDL语言描述的8人表决电路。

2.2 10人表决器电路

通过8人表决电路表决通过时电路状态的观察和验证，使用VHDL语言在FPGA平台实现10人表决器电路设计。在8人表决器编程基础上修改程序，实现10人表决器电路的设计。编程中完成参与表决的每个人均可选择赞成、放弃或弃权。同时，增加了控制键，可增加专人在进行表决过程中的控制，实现了表决的开始、结束和数据的锁存。

3 电路仿真

图3是8人表决器电路时序波形，从图中可看出程序实现了设计要求，在8人表决器程序的RTL生成电路界面显示有9个逻辑门和硬件资源组成电路。

按图4所示进行管脚锁定后，即可在实验箱上进行验证，将程序下载到实验平台后，获取实验结果，经验证符合设计要求。

图5为程序仿真结果。在10人表决器的RTL电路界面图中可看出，其比8人表决器程序的RTL电路界面图多出了一些硬件资源，若单独使用逻辑门设计电路将是一件复杂的工作，且不便于修改和测试。

而使用EDA进行设计，还可方便地进行系统扩展，如上述程序中只需增加几个输出端口，将SUMA，SUMB，SUMC的值赋给相应端口，在外接数码管便可显示出赞成、反对、弃权的人数。或增加声音模块，使系统更具实用价值。而进行这些工作只需改变程序，加入现成的元器件即可。

4 结束语

电子表决器，做为投票系统中的客户端，是一种代表投票或举手表决的装置。基于FPGA电子表决器的设计解决了传统投票表决方式存在投票耗时长、计票任务重，且易于出错、易受人控制等缺点，故在表决、选举中获得了广泛应用。