FPGA学习笔记之格雷码、边沿检测、门控时钟

一、格雷码

格雷码的优点主要是进位时只有一位跳变，误码率低。

1、二进制转格雷码

我们观察下表：

二进制码	格雷码
00	00
01	01
10	11
11	10

二进制码表示为B[]，格雷码表示为G[]，则有

G(i) = B(i),i为最高位

G(i-1) = B(i) xor B(i-1),i非最高位

用verilog可以这样写

1 reg [WIDTH-1:0] bin;
2 reg [WIDTH-1:0] gray;
3 parameter WIDTH = 8;
4 always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
5 　　if (!rst) 
6 　　　　gray <= 8'b0;
7 　　else
8 　　　　gray <= bin^(bin>>1);　　//左移一位异或，从而最高位不变，次高与最高异或
9 end

 

2、格雷码转二进制

对照上表，一张图可以理解：

verilog代码可以这样写

reg [WIDTH-1:0] bin;
reg [WIDTH-1:0] gray;
parameter WIDTH = 8;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst)
        bin = 8'b0;
    else
        bin = bin^(gray>>1);      
end

 

二、边沿检测

输入一个跳变信号，如按键输入、时钟输入，输出指示高电平、低电平或者跳变（双边沿），综合出的电路如下：

基本思想是利用同步时钟控制两个级联的D触发器，待检测信号输入到第一个D触发器的输入端，因为D触发器之间有一个时钟的时间延迟，因此取两个D触发器之间的信号（命名为dly1）和后一个D触发器的输出（命名为dly2），如果时钟是上升的，那么第一个D触发器输出（即dly1）为高电平，第二个为低电平，则(dly1)&(~dly2)为高，指示了上升沿，下降沿类似，双沿我们自然可以想到，任一个边沿信号为高，则输出指示为高，用一个异或门即可解决。实践中，两个D触发器还可能存在误触发，可以增加D触发器的个数，来降低错误。

 

三、门控时钟

     我们知道，时序电路里总会有一个sys_clk，这个clk一般是从外部晶体振荡器引进来的，但是我们也知道世界上没有觉得理想的器件和路径，引入的时钟可能因为晶体各种噪声干扰或者突然“抽风”了一下，导致时钟抖动，这对时序电路来说是致命的。那么，怎么解决这种情况呢？？？

一种想法是输入时钟sys_clk的同时，给一个时钟使能信号clk_en，两者经过一个&门，这样输出可能会好点

，but真的吗？看下图时序

该有的还是会有，我们可以看到时钟在clk高半周尾部使能的时候，可能产生极短的脉冲（毛刺），不言而喻，这个电路没有达到理想效果。我们改怎么做呢？？？如题，“门控时钟”就是解决这个的，电路如下

电路时序如下

即相当于clk_en等下一个时钟才作用，没有产生毛刺。