基于Verilog的分频器设计

分频器是指使输出信号频率为输入信号频率整数分之一的电子电路。在许多电子设备中如电子钟、频率合成器等，需要各种不同频率的信号协同工作，常用的方法是以稳定度高的晶体振荡器为主振源，通过变换得到所需要的各种频率成分，分频器是一种主要变换手段。早期的分频器多为正弦分频器，随着数字集成电路的发展，脉冲分频器（又称数字分频器）逐渐取代了正弦分频器。下面以Verilog HDL语言为基础介绍占空比为50%的分频器。1偶分频偶分频比较简单，假设为N分频，只需计数到N/21，然后时钟翻转、计数清零，如此循环就可以得到N（偶）分频。代码如下。module fp_even(clk_out,clk_in,rst);output clk_out;input clk_in;input rst;reg 1:0 cnt;reg clk_out;parameter N=6;always (posedge clk_in or negedge rst)beginif(!rst)begincnt = 0;clk_out = 0;endelse beginif(cnt=N/2-1)begin clk_out = !clk_out; cnt=0; endelsecnt = cnt + 1;endendendmodule可以通过改变参量N的值和计数变量cnt的位宽实现任意偶分频。偶分频（N6）的RTL原理图：偶分频（N6）的行为仿真结果：2奇分频实现奇数（N）分频，分别用上升沿计数到（N-1)/2，再计数到N-1；用下降沿计数到（N-1)/2，再计数到N-1，得到两个波形，然后把它们相或即可得到N分频。代码如下：module fp_odd(clk_out,clk_p,clk_n,clk_in,rst);output clk_out;output clk_p,clk_n;input clk_in,rst;reg 2:0 cnt_p,cnt_n;reg clk_p,clk_n;parameter N=5;always (posedge clk_in or negedge rst)beginif(!rst)cnt_p = 0;elseif(cnt_p=N-1)cnt_p =0;else cnt_p = cnt_p + 1;endalways (posedge clk_in or negedge rst)beginif(!rst) clk_p = 0;else if(cnt_p=(N-1)/2)clk_p = !clk_p;else if(cnt_p=N-1)clk_p = !clk_p;endalways (negedge clk_in or negedge rst)beginif(!rst)cnt_n = 0;elseif(cnt_n=N-1)cnt_n =0;else cnt_n = cnt_n + 1;endalways (negedge clk_in or negedge rst)beginif(!rst) clk_n = 0;else if(cnt_n=(N-1)/2)clk_n = !clk_n;else if(cnt_n=N-1)clk_n = !clk_n;endassign clk_out = clk_p | clk_n;endmoduleRTL Schematic:Simulate Behavioral Model:同理，可以通过改变参量N的值和计数变量cnt_p和cnt_n的位宽实现任意奇分频。3任意占空比的任意分频在verilog程序设计中，我们往往要对一个频率进行任意分频，而且占空比也有一定的要求这样的话，对于程序有一定的要求，现在在前面两个实验的基础上做一个简单的总结，实现对一个频率的任意占空比的任意分频。比如：FPGA系统时钟是50M Hz，而我们要产生的频率是880Hz，那么，我们需要对系统时钟进行分频。很容易想到用计数的方式来分频：50000000/880 = 56818。显然这个数字不是2的整幂次方，那么我们可以设定一个参数，让它到56818的时候重新计数就可以实现了。程序如下：module div(clk, clk_div);input clk;output clk_div;reg 15:0 counter;always (posedge clk)if(counter=56817) counter = 0;else counter = counter+1;assign clk_div = counter15;endmodule分频的应用很广泛，一般的做法是先用高频时钟计数，然后使用计数器的某一位输出作为工作时钟进行其他的逻辑设计，上面的程序就是一个体现。下面我们来算一下它的占空比：我们清楚地知道，这个输出波形在counter为0到32767的时候为低，在32768到56817的时候为高，占空比为40%多一些，如果我们需要占空比为50%，那么我们需要再设定一个参数，使它为56817的一半，使达到它的时候波形翻转，就可以实现结果了。程序如下：module div(clk, clk_div);input clk;output clk_div;reg 14:0 counter;always (posedge clk)if(counter=28408) counter = 0;else counter = counter+1;reg clk_div;always (posedge clk)if(counter=28408) clk_div = clk_div;endmodule继续让我们来看如何实现任意占空比，比如还是由50 M分频产生880Hz，而分频得到的信号的占空比为30%。5681830%=17045module div(clk,reset,clk_div,counter);input clk,reset;output clk_div;output 15:0 counter;reg 15:0 counter;reg clk_div;always (posedge clk)if(!reset) counter = 0;else if(counter=56817) counter = 0;else counter = counter+1;always (posedge clk)if(!reset) clk_div = 0;else if(counter17045) clk_div = 1;else cl