基于FPGA的電子表決器電路的設(shè)計與實現(xiàn)

電子設(shè)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(shè)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(yōu)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(shù)的出現(xiàn)，大幅提高了電路設(shè)計的效率和可操作性，減輕了勞動強度。利用EDA工具，電子設(shè)計師可從概念、算法、協(xié)議等方面開始設(shè)計電子系統(tǒng)，大量工作可通過計算機完成，并可將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)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(fā)已廣泛應(yīng)用于電子電路的設(shè)計與實現(xiàn)中，圖1為基于EDA軟件的FPGA開發(fā)流程。

1 電子表決器電路

傳統(tǒng)的電子表決器通過邏輯門電路實現(xiàn)、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(jié)合VHDL語言在FPGA平臺實現(xiàn)電子表決器電路設(shè)計，可減小系統(tǒng)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(tài)的觀察和驗證，使用VHDL語言在FPGA平臺實現(xiàn)10人表決器電路設(shè)計。在8人表決器編程基礎(chǔ)上修改程序，實現(xiàn)10人表決器電路的設(shè)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(quán)。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(xiàn)了表決的開始、結(jié)束和數(shù)據(jù)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?qū)崿F(xiàn)了設(shè)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(jié)果，經(jīng)驗證符合設(shè)計要求。

圖5為程序仿真結(jié)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(shè)計電路將是一件復(fù)雜的工作，且不便于修改和測試。

而使用EDA進行設(shè)計，還可方便地進行系統(tǒng)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(yīng)端口，在外接數(shù)碼管便可顯示出贊成、反對、棄權(quán)的人數(shù)。或增加聲音模塊，使系統(tǒng)更具實用價值。而進行這些工作只需改變程序，加入現(xiàn)成的元器件即可。

4 結(jié)束語

電子表決器，做為投票系統(tǒng)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(shè)計解決了傳統(tǒng)投票表決方式存在投票耗時長、計票任務(wù)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(yīng)用。