用Verilog语言实现任意整数分频器.doc

用Verilog语言实现任意整数分频器 分频器是FPGA设计中使用频率非常高的基本设计之一，尽管在目前大部分设计中，广泛使用芯片厂家集成的锁相环资源，如赛灵思（Xilinx）的DLL.来进行时钟的分频，倍频以及相移。但是对于时钟要求不高的基本设计，通过语言进行时钟的分频相移仍然非常流行，首先这种方法可以节省芯片内部的锁相环资源，再者，消耗不多的逻辑单元就可以达到对时钟操作的目的。另一方面，通过语言设计进行时钟分频，可以看出设计者对设计语言的理解程度。因此很多招聘单位在招聘时往往要求应聘者写一个分频器（比如奇数分频）以考核应聘人员的设计水平和理解程度。下面讲讲对各种分频系数进行分频的方法： 第一，偶数倍分频：偶数倍分频应该是大家都比较熟悉的分频，通过计数器计数是完全可以实现的。如进行N倍偶数分频，那么可以通过由待分频的时钟触发计数器计数，当计数器从0计数到N/2-1时，输出时钟进行翻转，并给计数器一个复位信号，使得下一个时钟从零开始计数。以此循环下去。这种方法可以实现任意的偶数分频。电路上只需一个D触发器和一个非门即可实现，Q(n+1)=D，D=~Q(n),clk_out=Q(n+1) . 第二，奇数倍分频：奇数倍分频常常在论坛上有人问起，实际上，奇数倍分频有两种实现方法：占空比为非50%的三分频时钟，完全可以通过计数器来实现，如进行三分频，通过待分频时钟上升沿触发计数器进行模三计数，当计数器计数到邻近值进行两次翻转，比如可以在计数器计数到1时，输出时钟进行翻转，计数到2时再次进行翻转。即是在计数值在邻近的1和2进行了两次翻转。这样实现的三分频占空比为1/3或者2/3。 module three(clk_in,rst,clk_out);?input clk_in,rst;output clk_out;reg??clk_out;reg [1:0] count;?always @(negedge rst or posedge clk_in)beginif(rst==0)begincount=0;clk_out=0;endelsebegin??count=count+1;?if(count==1)clk_out=~clk_out;else if(count==2)beginclk_out=~clk_out;count=0;end??end??endendmodule 另一种实现： module div3(CLKIN,CLKOUT,RESETn);?input CLKIN,RESETn;?output CLKOUT;?wire d;?reg?????q1,q2;?wire?????????CLKOUT;? always @(negedge RESETn or posedge CLKIN)?begin?if (RESETn==1b0)?q1=1b0;?else?q1=d;???//q1是d延迟一个时钟后的信号end??always @(negedge RESETn or posedge CLKIN)?begin?if (RESETn==1b0)?q2=1b0;?else???q2=q1;???//q2是q1延迟一个时钟后的信号end??assign d=~q1 ~q2;??//d在一个周期内，一个clk为高，另外两个clk为低?assign CLKOUT=q2;??endmodule 电路中，利用两个D触发器和简单的门电路即可实现。 如果要实现占空比为50%的三分频时钟，可以通过待分频时钟下降沿触发计数，和上升沿同样的方法计数进行三分频，然后下降沿产生的三分频时钟和上升沿产生的时钟进行相或运算，即可得到占空比为50%的三分频时钟。 这种方法可以实现任意的奇数分频。归类为一般的方法为：对于实现占空比为50%的N倍奇数分频，首先进行上升沿触发进行模N计数，计数选定到某一个值进行输出时钟翻转，然后经过（N-1）/2再次进行翻转得到一个占空比非50%奇数n分频时钟。再者同时进行下降沿触发的模N计数，到和上升沿触发输出时钟翻转选定值相同值时，进行输出时钟时钟翻转，同样经过（N-1）/2时，输出时钟再次翻转生成占空比非50%的奇数n分频时钟。两个占空比非50%的n分频时钟相或运算，得到占空比为50%的奇数n分频时钟。 举例：用Verilog语言写的三分频电路 方法一： //上升沿触发的分频设计module three(clkin, clkout);input clkin;//定义输入端口output clkout;//定义输出端? reg [1:0] step1, step;? always @(posedgeclkin)begincase