Verilog HDL实现状态机：流水灯与编码方式探索

"实验二：状态机 - 探索有限状态机(FSM)、Verilog HDL编程以及Gray编码和One-hot编码在流水灯设计中的应用" 本实验主要目标是让学生对有限状态机（FSM）有初步理解，并加强在VIVADO环境下使用Verilog HDL进行数字逻辑设计的基础。实验内容包括三个主要部分： 1. **流水灯设计**：通过状态机实现流水灯效果。流水灯是一种常见的数字电路演示，它使用一组LED按照特定顺序依次点亮和熄灭，以此展示时序控制的概念。在本实验中，学生需要编写Verilog代码来控制LED的亮灭顺序。 2. **状态机编码方式**：学习并理解两种不同的状态机编码方式——Gray编码和One-hot编码。Gray编码是一种无权差编码，相邻两个状态之间只有一位不同，这在状态机中可以减少由于编码转换产生的错误。而One-hot编码则是一种每个状态都由一个唯一的“1”和多个“0”表示的编码方式，适用于状态数量较大的情况。 3. **状态机结构**：了解将触发器部分和组合逻辑部分结合与分开的两种状态机结构。在同步状态机中，组合逻辑和触发器通常一起工作，而在异步状态机中，它们可能被分离以处理时钟域跨越的问题。 实验要求学生不仅要完成符合要求的流水灯设计，还能通过拨码开关选择显示Gray编码或One-hot编码的流水灯模式。实验代码示例展示了如何在Verilog中定义状态机，包括状态变量（state）、计数器（n）和输出数据（data）。在每次时钟上升沿，状态会根据预设的转移条件更新，同时LED的亮度也会相应改变。 激励代码部分提到，可以通过改变CLK信号和设置SW开关的状态来测试状态机的行为。例如，设置SW为1可激活流水灯，而设置为0则会熄灭LED。 这个实验有助于学生深入理解状态机的设计原理，熟悉Verilog HDL语言，以及掌握不同编码方式和状态机结构的特性。通过实际操作，学生能够增强数字逻辑设计的实践能力，并为后续更复杂的数字系统设计打下坚实基础。