FPGA实现数字逻辑设计：状态机与跑马灯设计

"西工大-数字逻辑设计-实验四.docx" 实验四的主要内容是通过Quartus II软件进行状态机的设计与FPGA实现，旨在让学生熟悉数字逻辑设计的基本流程，包括硬件描述语言编程、仿真验证、FPGA器件选择、编译、管脚绑定以及程序下载等步骤。实验中涉及了两个具体任务：跑马灯设计和有限状态机设计。 对于跑马灯设计，首先需要编写对应的Verilog或VHDL源代码，定义一个能够循环点亮LED的模块。跑马灯通常通过依次改变输出端口的状态来实现LED灯的顺序亮灭效果。接着，使用Modelsim等仿真工具对模块进行测试，确保代码逻辑无误。在仿真过程中，会得到波形图，显示各信号随时间的变化，以验证跑马灯的工作情况。然后，将源代码导入Quartus II，进行编译生成RTL视图，检查设计的硬件结构是否符合预期。最后，进行管脚绑定，将设计的输出接口与开发板上的LED管脚对应，并完成全编译生成可下载的.soF文件，将程序烧录到FPGA中实现实际硬件运行。 对于有限状态机（FSM）设计，实验采用了教材中的Figure 6.86作为参考。FSM是一种基于状态转换的控制逻辑，用于处理序列事件。学生需要编写状态机的源代码，定义不同的状态和状态转换条件。在这个例子中，状态机有三个状态，由三位二进制表示（y=3'b000, 3'b001, 3'b010, 3'b011），并有一个低电平有效的复位信号resetn和一个输入信号w。在不同的时钟上升沿和输入条件下，状态机将根据预设的转移规则更新状态并产生相应的输出z。例如，当resetn为0时，状态重置为000，z为0；当resetn为1且w为0时，状态会依次变为001和010，同时z相应地变化。通过仿真，可以观察到这些状态变化和输出的波形，再次确认设计的正确性。 实验四旨在提高学生对数字逻辑设计和FPGA应用的理解，通过实际操作和验证，使他们掌握数字系统设计的基本技能，为后续更复杂的设计打下坚实基础。