实验二、时序逻辑设计——三色灯开关（实验指导书部分）
1、实验指导
设计一种通过操作开关的时间控制灯光颜色的开关，采用硬件描述语言描述同步时序逻辑电路的方法，体会状态转换和计数器定时，对状态机及顶层可综合模块进行功能仿真，并利用EELAB-FPGACORE2实验硬件实验平台（以下简称为“实验板”）调试并实现，完成较为完整的EDA设计和实现过程。
1.1、 设计需求
某灯具含有两组LED白光灯芯和两组LED黄光灯芯，由一个开关（switch）控制。设有电气转换装置将强电开关信号转换为数字逻辑电平输入信号X——当开关断开，X=0，闭合，X=1；且将4个数字逻辑电平输出信号W1、W0、Y1和Y0分别转换为灯芯控制信号——Wi=1为白光点亮，Wi=0为白光熄灭，Yi=1为黄光点亮，Yi=0为黄光熄灭，其中i=0, 1。
说明：如果白光和黄光同时点亮，则为日光色调，则如果在同等亮度条件下，该灯具具有白光、日光和黄光三种灯色。（考虑灯光的亮度，4个灯芯的组合有更多种可能）
三色灯开关的功能是：
(1) 如果快速断开/闭合开关，可以切换灯色，即：
· 如果灯具发出白光时断开开关，且在1秒之内再次闭合开关，灯具发出日光；
· 如果灯具发出日光时断开开关，且在1秒之内再次闭合开关，灯具发出黄光；
· 如果灯具发出黄光时断开开关，则再次闭合开关之后，灯具发出白光。
(2) 在任何情况下，如果开关断开的时间超过1秒，则开关闭合后，灯具发出白光。
1.2、基本实验要求
基本实验要求为：
a) 采用Verilog HDL语言描述有限状态机（Finite State Machine, FSM），实现第1.1节中所述的灯具控制电路的时序逻辑，用实验板上的4个LED灯分别代表现实中的4个灯芯；
b) 采用ModelSim功能仿真，对状态机、计数器等关键实例进行功能仿真测试；
c) 设计实现分为两种操作模式：MODE_RUN和MODE_DEMO，通过一个开关来控制，前者为正常操作模式（连续按开关获得不同灯色的定时值为1秒），后者为演示模式，逻辑不变但将时间放大10倍的模式；
d) 在MODE_DEMO（演示）模式下，将计数器的计数值即时地显示在数码管上，以便直观地观察定时的运行效果；
e) 在MODE_DEMO（演示）模式下，利用数码管的小数点（“dp”位）显示状态机的状态，由于小数点只有2个，而状态机的状态应是超过4个，请合理地将状态机的状态编码转化为易于观察的状态符号，并配合小数点的闪动实现超过4种的状态显示；
f) 采用FPGA开发工具实现相应的逻辑功能并加以演示；
g) 在实验报告中，请绘制设计的框图（此项为必选项）；
h) 在实验报告中，请说明采用何种风格（一段式 or 二段式 or 三段式）实现时序逻辑电路的状态机，并切实地分析所采用的实现形式的优、缺点。
本次实验将采取实验报告和现场汇报演示相结合的形式，实验报告上交的具体截止期限请注意任课教师的通知，实验报告格式请参考本文档；现场汇报演示的时间和分组情况请注意任课老师的通知。特此广而告之。
1.3、扩展要求
扩展的实验要求（根据完成的工作量逐次地提高评价的等级，但鼓励大家积极地去实验——即：只要至少完成其中的一项，即可显著地获得好评，并可根据局部完成的质量酌情提高评价的等级。）
i) 开发时序逻辑电路，将按动开关的操作（“开”、“关”）以及按动开关之间的时间间隔（以10ms为单位，进行0~127编码，分别代表0s至1.27s，超过1.27s秒均算作1.27s）以数码的形式“录制”下来，记录深度至少为16条操作序列（至少能保存16次操作）；
j) 按动实验板上的一个按键，可以将记录的内容用UART依次上传并显示到PC机的终端上；
k) 开发新的时序逻辑电路功能，改动MODE_DEMO状态下的逻辑功能，当按动实验板上的另一个按键，可以根据“录制”的操作序列自动地“慢动作”演示上一次的操作（时间放大10倍）；
l) 可以利用UART工具，从PC机终端上输入的操作序列，自动地进行硬件操作，并回显电路状态的变化。
1.4、其它提示
实验板的开关非常脆弱，如果操作不便，请用按键代替开关，但需要加入防抖电路，并适当修改开灯、关灯信号的逻辑（由电平信号变为脉冲信号）。
“实验板”的I/O接口、人机接口资源和数码管的使用请参考《digiC2020课程实验实验指导书(01)》，或者参考实验一手册后面的附录。
实际中的三色灯灯芯，以及基本功能效果的录像将发布在网盘上，网盘地址在course.buaa.edu.cn中另行通知。如果实在读不清楚设计需求，可以结合录像进行理解。
（未完待续）
