二进制与格雷码相互转换

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前言

  格雷码属于一种可靠性编码，是一种错误最小化的编码方式，因此格雷码在通信和测量技术中得到广泛应用。今天的任务是通过verilog实现二进制和格雷码之间的相互转换。

一、二进制转格雷码

1. 原理图
   
2. 编写Bin2Gray.v代码，代码如下

module Bin2Gray#(parameter PTR=3)(

	input wire [PTR : 0] bin,//输入二进制
	output wire [PTR : 0] gray//输出格雷码
);
	
	generate//generate for 固定使用
		genvar i;
		for(i=0; i < PTR; i = i+1)begin:bin_gray
			assign gray[i] = bin[i] ^ bin[i+1];//转换规则
		end 
	endgenerate
	assign gray[PTR] = bin[PTR];//高位一致
endmodule 

3. 编写Bin2Gray_tb.v测试文件，代码如下

`timescale 1ns/1ns
module Bin2Gray_tb();
parameter PTR = 3;//4位PTR+1
reg  [PTR:0]  bin;//4位二进制
wire [PTR:0]  gray;//4位格雷码

always #1 bin = bin + 1'b1;//二进制不断加1

initial begin
	bin = {(PTR+1){1'b0}};//初始化
	#((PTR+1)**2);//观察，位宽的平方
	$stop;//停止
end 

Bin2Gray#(PTR)	u_Bin2Gray(
.bin  (bin),

.gray (gray)
);
endmodule 

4. 仿真结果

二、格雷码转二进制

1. 原理图

2. 编写Bin2Gray.v文件，代码与第一章节中的Bin2Gray.v文件一致，把二进制转换为格雷码，代码如下

module Bin2Gray#(parameter PTR=3)(

	input wire [PTR : 0] bin,//输入二进制
	output wire [PTR : 0] gray//输出格雷码
);
	
	generate//generate for 固定使用
		genvar i;
		for(i=0; i < PTR; i = i+1)begin:bin_gray
			assign gray[i] = bin[i] ^ bin[i+1];//转换规则
		end 
	endgenerate
	assign gray[PTR] = bin[PTR];//高位一致
endmodule 

3. 编写Gray2Bin.v文件，把格雷码转换为二进制，代码如下

module Gray2Bin#(parameter PTR=3)(

	input wire [PTR : 0] gray,//输入格雷码
	output wire [PTR : 0] bin//输出二进制
);
	
	generate//generate for 固定使用
		genvar i;
		for(i=0; i < PTR; i = i+1)begin:bin_gray
			assign bin[i] = gray[i] ^ bin[i+1];//转换规则
		end 
	endgenerate
	assign bin[PTR] = gray[PTR];//高位一致
endmodule 

4. Bin2Gray2Bin.v文件，调用2、3模块，代码如下

module Bin2Gray2Bin#(parameter PTR=3)(
	input wire [PTR:0] bin,//输入二进制
	
	output wire [PTR:0] bin_same//输出格雷码转换后的二进制
);

wire [PTR:0] gray;//格雷码转换后的二进制

//实例化二进制转格雷码模块，输出格雷码
Bin2Gray#(PTR)	u_Bin2Gray(

.bin	(bin),//输入二进制

.gray	(gray)//输出格雷码
);

//实例化格雷码转二进制模块，观察bin和bin_same是否一致
Gray2Bin#(PTR)	u_Gray2Bin(
.gray	(gray),

.bin (bin_same)
);
endmodule 

5. 编写Gray2Bin_tb.v测试文件，测试4中的模块，观看输入输出信号是否一致，代码如下

`timescale 1ns/1ns
module Gray2Bin_tb();
parameter PTR = 3;//4位PTR+1
reg  [PTR:0]  bin;//4位二进制
wire [PTR:0]  bin_same;//转换后的二进制
always #1 bin = bin + 1'b1;//二进制不断加1

initial begin
	bin = {(PTR+1){1'b0}};//初始化
	#((PTR+1)**2);//观察，位宽的平方
	$stop;//停止
end 


Bin2Gray2Bin#(PTR) u_Bin2Gray2Bin(
.bin		(bin),//输入二进制
			
.bin_same(bin_same)//输出格雷码转换后的二进制
);

endmodule 

6. 仿真结果

  结果显示，完美！

总结

  Who is gray? Don’t talk too much about gray，show me the code and simmulation!