标签: 奇数倍分频电路

  众所周知，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altera 的PLL，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。 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： 首先，占空比不限定时，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。 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。 另外一种方法：对进行奇数倍n分频时钟，首先进行n/2分频（带小数，即等于(n-1)/2+0.5），然后再进行二分频得到。得到占空比为50%的奇数倍分频。下面讲讲进行小数分频的设计方法 第三，小数分频：首先讲讲如何进行n+0.5分频，这种分频需要对输入时钟进行操作。基本的设计思想：对于进行n+0.5分频，首先进行模n的计数，在计数到n-1时，输出时钟赋为‘1’，回到计数0时，又赋为0，因此，可以知道，当计数值为n-1时，输出时钟才为1，因此，只要保持计数值n-1为半个输入时钟周期，即实现了n+0.5分频时钟，因此保持n-1为半个时钟周期即是一个难点。从中可以发现，因为计数器是通过时钟上升沿计数，因此可以在计数为n-1时对计数触发时钟进行翻转，那么时钟的下降沿变成了上升沿。即在计数值为n-1期间的时钟下降沿变成了上升沿，则计数值n-1只保持了半个时钟周期，由于时钟翻转下降沿变成上升沿，因此计数值变为0。因此，每产生一个n+0.5分频时钟的周期，触发时钟都是要翻转一次. 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 step1, step; always @(posedge clkin) begin case (step) 2'b00: step=2'b01; 2'b01: step=2'b10; 2'b10: step=2'b00; default :step=2'b00; endcase end always @(negedge clkin) 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 |step1 ); endmodule 方法二： // 如果duty cycle =50%, 可以第一个周期 第二个周期输出原先clock,第三个周期输出低 这样可以实现三分频， 输出是占空比1:1的三分频. module three(clk,throut) ; input clk ; output throut; reg q1,q2,d,throut; always @(posedge clk) if(!d) q1=1'b1; else q1=~q1 ; always @(negedge clk) if(!d) q2=1'b1; else q2=~q2 ; always @(q1 or q2) d=q1q2 ; always @(posedge d) throut=~throut; 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 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 begin case (step2) 3'b000: step2=3'b001; 3'b001: step2=3'b011; 3'b011: step2=3'b100; 3'b100: step2=3'b010; 3'b010: step2=3'b000; default:step2=3'b000; endcase end assign clkout=step1 |step2 ; endmodule