Verilog——格雷码计数器

- 格雷码（Gray code）：
​ 第一次接触格雷码是在本科的数电课本上，其在可靠性编码占据重要位置。后来所学的卡诺图与格雷码关系密切。
​ 格雷码特点在于相邻性和单位距离性。在代码传输过程中，彼此相邻位置仅有一位数码不同，故有着较好的可靠性。
​ 4位格雷码：

- Verilog的实现：
格雷码计数器的Verilog实现，即用格雷码计数的方式，完成数据的累加。
实现方式有多种，参考J.Bhasker的书，此处贴上第一种。
代码的基本流程为：首先将初始化的格雷码转变为二级制码，二进制完成累加，最后再讲二级制码转化为格雷码。

1. 格雷码转二进制码的基本思路：
   最高位不变，次高位往下依次完成自异或运算，得到对应二进制码的各位数据，运算次数为位宽-1
2. 二进制码转格雷码的基本思路：
   最高位不变，最低位依次往前完成自异或运算，得到对应二进制码的各位数据，运算次数为位宽-1
3. 注：这样的自异或运算与其他人给出的格雷码+二进制共同运算的方式不同，前一种可能存在局限性，待发现后说明

异步复位的N位格雷码计数器

`timescale 1ns/1ns
module gray_counter1(ck,preclear,q);

parameter NBITS = 4;    //决定格雷码计数的带宽
input ck,preclear;
output [0:NBITS-1] q;

reg [0:NBITS-1] q;
reg [0:NBITS-1] gray_cnt;
integer k;

always @(posedge ck or negedge preclear)
begin
    if(!preclear)   //异步清零信号，信号为低时，计数清零
        q <= 0;
    else 
    begin
        gray_cnt = q;
        //将数据存在在临时变量中
        
    for(k=1;k<NBITS;k=k+1)
        if(gray_cnt[k-1])
            gray_cnt[k] = !gray_cnt[k];//高位为高，低位取反，本质上是异或操作
        //完成格雷码到二进制的转换，二进制计数
        
    gray_cnt = gray_cnt + 1;
    
    for(k=NBITS-1;k>0;k=k-1)
        if(gray_cnt[k-1])
            gray_cnt[k] = !gray_cnt[k];
        //二进制转回格雷码
        
    q <= gray_cnt;
    end
end
endmodule       

module gray_counter1_tb;    //测试文件
parameter NBITS = 4;

reg ck,preclear;
wire [0:NBITS-1] q;

gray_counter1 U1(ck,preclear,q);

always #50 ck = !ck;    //计数时钟，周期100ns

initial 
begin
    ck = 0;
    preclear = 1;
    #70 preclear = 0;
    #70 preclear = 1;
end

endmodule