基于FPGA的任意分頻器設(shè)計(jì)

　　3、小數(shù)倍分頻器的設(shè)計(jì)

　　3.1 半整數(shù)分頻器

　　半整數(shù)N+0.5分頻器設(shè)計(jì)思路：首先進(jìn)行模N+1的計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)到N時(shí)，將輸出時(shí)鐘賦值為1，而當(dāng)回到計(jì)數(shù)0時(shí)，又賦值為0，這樣，當(dāng)計(jì)數(shù)值為N時(shí)，輸出時(shí)鐘才為1。因此，只要保持計(jì)數(shù)值N為半個(gè)時(shí)鐘周期即是該設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。從中可以發(fā)現(xiàn)。因?yàn)橛?jì)數(shù)器是通過時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)，故可在計(jì)數(shù)為N時(shí)對計(jì)數(shù)觸發(fā)時(shí)鐘進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，那么，時(shí)鐘的下降沿就變成了上升沿。即在計(jì)數(shù)值為N期間的時(shí)鐘下降沿變成了上升沿。也就是說，計(jì)數(shù)值N只保持了半個(gè)時(shí)鐘周期。由于時(shí)鐘翻轉(zhuǎn)下降沿變成上升沿，因此，計(jì)數(shù)值變?yōu)?。所以，每產(chǎn)生一個(gè)N+0.5分頻時(shí)鐘的周期，觸發(fā)時(shí)鐘都要翻轉(zhuǎn)一次。圖3給出了通用半整數(shù)分頻器的電路原理圖。以2.5倍分頻為例，相應(yīng)的電路verilog代碼如下，時(shí)序仿真圖如圖4所示。

　　//異或運(yùn)算

　　assignclk_in=clk^clk_div2;

　　//模3計(jì)數(shù)器

　　reg clk_out;

　　reg [1:0]cnt;

　　always@(posedge clk_in or posedge rst) begin

　　if(rst)begin //復(fù)位

　　cnt<=0;

　　clk_out<=0;

　　end

　　elseif(cnt==1) begin

　　clk_out<=~clk_out; //時(shí)鐘翻轉(zhuǎn)

　　cnt<=cnt+1; //繼續(xù)計(jì)數(shù)

　　end

　　elseif(cnt==2) begin

　　clk_out<=~clk_out; //時(shí)鐘翻轉(zhuǎn)

　　cnt<=0; //計(jì)數(shù)清零

　　end

　　else

　　cnt<=cnt+1;

　　end

　　//2分頻

　　reg clk_div2;

　　always@(posedge clk_out or posedge rst) begin

　　if(rst) clk_div2<=0; //復(fù)位

　　else clk_div2=~clk_div2;

　　end

　　圖3 通用半整數(shù)分頻器的電路原理圖

　　圖4 2.5倍分頻器時(shí)序仿真圖

　　3.2 任意小數(shù)分頻器

　　小數(shù)分頻器的實(shí)現(xiàn)方法有很多中，但其基本原理都一樣的，即在若干個(gè)分頻周期中采取某種方法使某幾個(gè)周期多計(jì)或少計(jì)一個(gè)數(shù)，從而在整個(gè)計(jì)數(shù)周期的總體平均意義上獲得一個(gè)小數(shù)分頻比。一般而言，這種分頻由于分頻輸出的時(shí)鐘脈沖抖動很大，故在設(shè)計(jì)中的使用已經(jīng)非常少。但是，這也是可以實(shí)現(xiàn)的。以8.7倍分頻為例，本文僅僅給出雙模前置小數(shù)分頻原理的verilog代碼及其仿真圖(如圖6)，具體原理可以參考劉亞海的《基于FPGA的小數(shù)分頻器的實(shí)現(xiàn)》以及毛為勇的《基于FPGA的任意小數(shù)分頻器的設(shè)計(jì)》。

　　圖5 小數(shù)分頻器的電路原理圖

　　//8分頻

　　reg clk_div8;

　　reg[2:0]cnt_div8;

　　always@(posedge clk or posedge rst) begin

　　if(rst)begin //復(fù)位

　　clk_div8<=0;

　　cnt_div8<=0;

　　end

　　elseif(cnt_div8==3'd7) begin

　　clk_div8<=1; //置1

　　cnt_div8<=0;

　　end

　　elseif(cnt_div8==3'd0) begin

　　clk_div8<=0; //置0

　　cnt_div8<=cnt_div8+1;

　　end

　　else

　　cnt_div8<=cnt_div8+1;

　　end

　　//9分頻

　　reg clk_div9;

　　reg[3:0]cnt_div9;

　　always@(posedge clk or posedge rst) begin

　　if(rst)begin //復(fù)位

　　clk_div9<=0;

　　cnt_div9<=0;

　　end

　　elseif(cnt_div9==3'd8) begin

　　clk_div9<=1; //置1

　　cnt_div9<=0;

　　end

　　elseif(cnt_div9==3'd0) begin

　　clk_div9<=0; //置0

　　cnt_div9<=cnt_div9+1;

　　end

　　else

　　cnt_div9<=cnt_div9+1;

　　end

　　//控制信號

　　parameterDiv8Num=3;

　　reg ctrl;

　　reg[3:0]AddValue;

　　always@(posedge clk or posedge rst) begin

　　if(rst)begin //復(fù)位

　　ctrl<=0;

　　AddValue<=10-7;

　　end

　　elseif(AddValue<10) begin

　　ctrl<=0;

　　AddValue<=AddValue+Div8Num;

　　end

　　else begin

　　ctrl<=1;

　　AddValue<=AddValue-10;

　　end

　　end

　　//選擇輸出

　　reg clk_out;

　　always @(ctrlor posedge clk or posedge rst) begin

　　if(rst) clk_out<=0; //復(fù)位

　　elseif(ctrl) clk_out<=clk_div8;

　　elseclk_out<=clk_div9;

　　end

　　圖6 8.7分頻器的時(shí)序仿真圖

　　4、總結(jié)分頻器是FPGA的基礎(chǔ)，而且在FPGA邏輯電路設(shè)計(jì)的時(shí)候是經(jīng)常使用的，希望大家對以上的整數(shù)倍分頻和半整數(shù)倍分頻能熟練掌握

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