原创 Verilog实现时钟3分频

Verilog实现时钟3分频<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

Verilog实现3分频

分析思路：

首先考虑输入输出，作为分频电路，有一个时钟输入端clk，输出端div3，再加一个复位端（这里不加也可以），所以输入端clk，rst

                                                                输出端 div3

再考虑状态转换的问题

        既然是三分频，应该有3种状态：0、0、1 or 1、1、0（0、1、1）

在时钟的作用下，应该不停的在这三种状态下转换，并且输出仅仅依赖于当前的状态。

代码如下：

//moore fsm

//Written by keaty,<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />University of Southeast

module div_fsm(clk,rst,div3);

input  clk,rst;

output div3;

reg    div3;

parameter[1:0] S0=2'd0,

               S1=2'd1,

               S2=2'd2;

reg[1:0] state;

reg[1:0] next_state;

always@(posedge clk)

begin

   if(!rst) state<=S0;

   else state<=next_state;

end

always@(state)

begin

     //default values

     next_state=S0;

     case(state[1:0])

         S0:begin

              next_state=S1;

              div3=0;

            end

         S1:begin

              next_state=S2;

              div3=0;

            end

         S2:begin

              next_state=S0;

              div3=1;

            end

      endcase

end

endmodule

顶层测试模块

`timescale 1ns/1ps

module div_test;

    reg clk = 1'b0;

    reg rst = 1'b0;

    wire div3;

    parameter PERIOD = 200;

    parameter real DUTY_CYCLE = 0.5;

    parameter OFFSET = 100;

    initial    // Clock process for clk

    begin

        #OFFSET;

        forever

        begin

            clk = 1'b0;

            #(PERIOD-(PERIOD*DUTY_CYCLE)) clk = 1'b1;

            #(PERIOD*DUTY_CYCLE);

        end

    end

    div_fsm UUT (

        .clk(clk),

        .rst(rst),

        .div3(div3));

    initial begin

        // -------------  Current Time:  1785ns

        #1785;

        rst = 1'b1;

        // -------------------------------------

    end

endmodule

Post-Place & Route Simulate

<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />

缺点：

1.      占空比非50%

2.      状态转换容易出毛刺，状态01变10时其中状态输出的第二位会有毛刺，不推荐这样设计，建议改为三段式的写法。

三段式状态机三分频实现

代码如下：

module div_fsm3(clk,rst_n,div3);

input  clk,rst_n;

output div3;

reg    div3;

parameter[1:0] S0=2'd0,

               S1=2'd1,

               S2=2'd2;

reg[1:0] current_state;

reg[1:0] next_state;

//第一个进程，同步时序always模块，格式化描述次态寄存器迁移到现态寄存器

always @ (posedge clk or negedge rst_n)  //异步复位

  begin

       if(!rst_n)

           current_state <= S0;

       else

           current_state <= next_state; //注意，使用的是非阻塞赋值

  end

//第二个进程，组合逻辑always模块，描述状态转移条件判断

always @ (current_state)   //电平触发

  begin

     next_state = S0;  //要初始化，使得系统复位后能进入正确的状态

     case(current_state)

         S0:begin

              next_state=S1;

            end

         S1:begin

              next_state=S2;

            end

         S2:begin

              next_state=S0;

            end

      endcase

  end

//第三个进程，同步时序always模块，格式化描述次态寄存器输出

always @ (posedge clk)

  begin

     case(next_state)

        S0:div3 <= 1'b0;  //注意是非阻塞逻辑

        S1:div3 <= 1'b0;

        S2:div3 <= 1'b1;

                default:div3 <= 0;

     endcase

  end

endmodule

顶层测试模块

    与之前的顶层测试模块基本一样，只要把rst改为rst_n

Post-Place & Route Simulate

    注意的是，第三个进程中，不能是always @ (posedge clk or negedge rst_n)，这样的话，综合不了，会出现如下错误信息：

ERROR:Xst:899 - "div_fsm3.v" line 46: The logic for <div3> does not match a known FF or Latch template.

也就是硬件无法实现，综合不了，所以第三个进程要改为如下

                always @ (posedge clk)

还要注意的是对于三段式状态机来说

三段式状态机的写法可以参考下面文章

Verilog三段式状态机描述 -- 小倚危楼听春雨

http://blog.ednchina.com/wwh_nuaa/53109/message.aspx

三段式状态机要注意的问题可以参考下面文章

verilog 中三段状态机需要注意的问题-yzm520xx的博客-与非网

http://www.eefocus.com/myspace/blog/show.php?id=76269

三段式状态机中，需要注意的是第二部分case中的条件应该为当前态，第三部分case中的条件应该为次态。另外就是设计输入的时候一定要仔细。

参考资料：

1）3分频的verilog实现

http://www.edacn.net/html/76/27076-2348.html  

本文工程文件：https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/2/13/30d80efd-f330-4fed-88f9-2557fbfe1a9b.rar