原创 verilog奇数分频器

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)
begin
if(rst==0)
begin
count<=0;
clk_out<=0;
end
else
begin  
count<=count+1; 
if(count==1)
clk_out<=~clk_out;
else if(count==2)
begin
clk_out=~clk_out;
count<=0;
end  
end  
end
endmodule

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==1'b0) 
q1<=1'b0; 
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==1'b0) 
q2<=1'b0; 
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。

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)
begin
case (step)   //这个状态机就是一个计数器
2'b00: step<=2'b01;
2'b01: step<=2'b10;
2'b10: step<=2'b00;
default :step<=2'b00;
endcase
end

always @(negedgeclkin)  //step1与step相差半个clk
begin
case (step1)
2'b00: step1<=2'b01;
2'b01: step1<=2'b10;
2'b10: step1<=2'b00;
default :step1<=2'b00;
endcase
end

assign clkout=step[1] | step1[1]; //利用step和step1高位的或运算，实现在1.5个clk时翻转。
endmodule

用Verilog语言写五分频电路，占空比为50％：

module div_5 ( clkin,rst,clkout );
input clkin,rst;
output clkout;
reg [2:0] step1, step2;
always @(posedge clkin )
if(!rst)
step1<=3'b000;
else
begin
case (step1)
3'b000: step1<=3'b001;
3'b001: step1<=3'b011;
3'b011: step1<=3'b100;
3'b100: step1<=3'b010;
3'b010: step1<=3'b000;
default:step1<=3'b000;
endcase
end
always @(negedge clkin )
if(!rst)
step2<=3'b000;
else
begincase (step2)
3'b000: step2<=3'b001;
3'b001: step2<=3'b011; //注意调换了顺序，目的为了使最低位为1的情况互邻
3'b011: step2<=3'b100;
3'b100: step2<=3'b010;
3'b010: step2<=3'b000;
default:step2<=3'b000;

endcase
end
assign clkout=step1[0] | step2[0];//step1与step2最低位相或

endmodule

下面给出一个任意整数分频器的代码：