FPGABasys3实验：Gray编码与One-hot状态机实现

"FPGABasys3开发实验指导书，涵盖了从VIVADO编译环境熟悉到状态机设计等多个实验，重点介绍了用三种不同编码实现的状态机，并涉及Gray编码和One-hot编码，同时强调了VIVADO环境下时序仿真的重要性以及IP核的应用。" 在数字电路设计中，有限状态机（FSM）是一种重要的概念，用于描述和实现具有有限数量状态的系统行为。实验“用三种不同编码所实现的状态图”旨在让学生理解并实践FSM的不同表示方法。其中，Gray编码和One-hot编码是常见的状态编码方式。 1. **Gray编码**：Gray编码是一种二进制编码方式，相邻两个状态之间的差异仅有一位不同，这在状态转换时能减少错误的可能性。在状态机中，采用Gray编码可以降低由于转换过程中出现毛刺（glitch）导致的错误。 2. **One-hot编码**：One-hot编码是所有位中只有一个为1，其余为0的状态编码方式。这种方式可以清晰地表示每个状态，但需要更多的位数。在实现大型状态机时，可能需要更多的硬件资源。 实验要求学生在VIVADO环境中对程序中的状态和输出进行修改，并进行时序仿真。VIVADO是一款强大的FPGA设计工具，支持综合、布局布线和仿真等全流程设计。IP核是VIVADO中的预定义功能模块，可以简化设计流程，提高效率。 对于实验板FPGABasys3的使用，安全规范至关重要，如避免静电损坏、正确连接电源和输入/输出端口，以及注意保持电路板的清洁，这些都有助于保护设备并确保实验的顺利进行。 实验内容包括多个阶段，如熟悉VIVADO环境、组合逻辑电路和时序逻辑电路设计，直至复杂的模块化调用、数码管显示、交通灯控制、秒表设计、蜂鸣器演奏和字符型LCM驱动等。每个实验都包含了目的、内容、要求和步骤，旨在逐步提升学生的数字逻辑设计能力。 通过本实验，学生不仅能够掌握状态机的实现，还能深入理解FPGA设计流程和VIVADO工具的使用，为今后的硬件描述语言（如Verilog或VHDL）编程和数字系统设计打下坚实基础。