格雷码(Gray Code)转二进制码(Binary Code)
学习verilog generate语句时,偶然看到用generate语句来进行格雷码到二进制码转换的代码,就从网上找了一些案例来学习。
下表为几种自然二进制码与格雷码的对照表:
| 十进制数 | 自然二进制数 | 格雷码 | 十进制数 | 自然二进制数 | 格雷码 |
| 0 | 0000 | 0000 | 8 | 1000 | 1100 |
| 1 | 0001 | 0001 | 9 | 1001 | 1101 |
| 2 | 0010 | 0011 | 10 | 1010 | 1111 |
| 3 | 0011 | 0010 | 11 | 1011 | 1110 |
| 4 | 0100 | 0110 | 12 | 1100 | 1010 |
| 5 | 0101 | 0111 | 13 | 1101 | 1011 |
| 6 | 0110 | 0101 | 14 | 1110 | 1001 |
| 7 | 0111 | 0100 | 15 | 1111 | 1000 |
格雷码转换为二进制码算法有以下几种表述形式:
表述一:
二进制格雷码为Gn-1Gn-2...G2G1G0
对应的自然二进制码为Bn-1Bn-2...B2B1B0
其中:最高位保留—Bn-1=Gn-1
其他各位—Bi-1=Gi-1 xor Bi ,i=1,2,...,n-1
表述二:
Bi = ˆG[n-1:i]=G[n-1]ˆG[n-2]ˆ..ˆG[i],i=0,1,...,n-1
表述三:
Bi = ˆ(G>>i),i=0,1,...,n-1
表述一的仿真实例:
源代码:
//http://www.cnblogs.com/adamite/archive/2008/10/20/1314949.html
//example2
module GrayToBinary2 (binarycode, graycode);
parameter n = ; // this module is parameterizable
output reg [n-:] binarycode;
input [n-:] graycode;
integer i;
always @ (graycode)
begin
binarycode[n-]=graycode[n-];
for(i=;i<=n-;i=i+)
binarycode[i-]=graycode[i-] ^ binarycode[i];//比较节省空间
end
endmodule
测试代码:
`timescale 1ns/1ns
module tb_GrayToBinary2; reg [:] gray;
wire [:] bin; GrayToBinary2 dut (bin,gray); initial begin
gray = 'h0;
#;
gray = 'h1;
#;
gray = 'h2;
#;
gray = 'h3;
#;
gray = 'he;
#;
gray = 'h7;
#;
gray = 'hf;
end
endmodule
仿真结果:

modelsim生成的原理图(注意要在vsim后面加上-debugDB选项)

从仿真结果来看,格雷码转二进制码过程中出现错误。开始两次转换出现不定态,而且后面的转换结果也是错误的。是什么原因呢?从算法上看,格雷码的最高位给了二进制码的最高位,这没问题。但是接下来的for循环,从二进制的最低bit位开始,即B0=G0 xor B1 ,i=1,2,...,n-1。此时G0是确定的值,但是B1还未计算出来,是不定值x,因此二者异或结果为不定值x,其他bit以此类推。从modelsim生成的原理图也能看出来,二进制码的次态输出除了取决于格雷码的现态值,还依赖于二进制码的现态值。
将上述算法进行修改,for循环从高bit为开始,结果如下。
表述一修改后的仿真实例:
源代码:
//http://www.cnblogs.com/adamite/archive/2008/10/20/1314949.html
//example2
module GrayToBinary2ex (binarycode, graycode);
parameter n = ; // this module is parameterizable
output reg [n-:] binarycode;
input [n-:] graycode;
integer i;
always @ (graycode)
begin
binarycode[n-]=graycode[n-];
// for(i=1;i<=n-1;i=i+1)
// binarycode[i-1]=graycode[i-1] ^ binarycode[i];//比较节省空间
for(i=n-;i>;i=i-)
binarycode[i-]=graycode[i-] ^ binarycode[i];//比较节省空间
end
endmodule
测试代码:
`timescale 1ns/1ns
module tb_GrayToBinary2ex; reg [:] gray;
wire [:] bin; GrayToBinary2ex dut (bin,gray); initial begin
gray = 'h0;
#;
gray = 'h1;
#;
gray = 'h2;
#;
gray = 'h3;
#;
gray = 'he;
#;
gray = 'h7;
#;
gray = 'hf;
end
endmodule
仿真结果:

modelsim生成的原理图(注意要在vsim后面加上-debugDB选项)

表述二的仿真实例:
源代码:
// Verilog LRM 1364-2005.pdf P184
module gray2bin (bin, gray);
parameter SIZE = ; // this module is parameterizable
output [SIZE-:] bin;
input [SIZE-:] gray; genvar i;
generate
for (i=; i<SIZE; i=i+) begin:bit
assign bin[i] = ^gray[SIZE-:i];
// i refers to the implicitly defined localparam whose
// value in each instance of the generate block is
// the value of the genvar when it was elaborated.
end
endgenerate
endmodule
测试代码:
`timescale 1ns/1ns
module tb_gray2bin; reg [:] gray;
wire [:] bin; gray2bin dut (bin,gray); initial begin
gray = 'h0;
#;
gray = 'h1;
#;
gray = 'h2;
#;
gray = 'h3;
#;
gray = 'he;
#;
gray = 'h7;
#;
gray = 'hf;
end
endmodule
仿真结果:
modelsim生成的原理图(注意要在vsim后面加上-debugDB选项)

表述三的仿真实例:
源代码:
//http://www.cnblogs.com/adamite/archive/2008/10/20/1314949.html
//example1
module GrayToBinary1 (binarycode, graycode);
parameter n = ; // this module is parameterizable
output reg [n-:] binarycode;
input [n-:] graycode;
integer i;
always @ (graycode)
begin
for(i=;i<=n-;i=i+)
binarycode[i]=^(graycode>>i);//比较浪费空间
end
endmodule
测试代码:
`timescale 1ns/1ns
module tb_GrayToBinary1; reg [:] gray;
wire [:] bin; GrayToBinary1 dut (bin,gray); initial begin
gray = 'h0;
#;
gray = 'h1;
#;
gray = 'h2;
#;
gray = 'h3;
#;
gray = 'he;
#;
gray = 'h7;
#;
gray = 'hf;
end
endmodule
仿真结果:

modelsim生成的原理图(注意要在vsim后面加上-debugDB选项)

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