基于Verilog的奇数偶数小数分频器设计

介绍：

奇数偶数小数分频器用于将输入时钟信号分频成比输入频率低的新的时钟信号，奇数偶数小数分频器是根据分频系数是否为奇数、偶数、整数还是小数进行分类设计的。奇数分频器和偶数分频器的分频系数只能为奇数和偶数，整数分频器的分频系数只能为整数，小数分频器的分频系数既可以是整数也可以是小数。

Verilog是硬件描述语言，通常用于数字电路的设计和仿真，是数字电路设计中最重要的编程语言之一。

本篇文章将介绍如何使用Verilog实现奇数偶数小数分频器的设计，并包括设计思路、实现方法和基于FPGA的实验案例。

设计思路：

奇偶数分频器的设计思路很简单，只需要根据分频系数的奇偶性来决定时钟输出的计数阈值是否需要减半即可。若分频系数为偶数，则每两个时钟周期输出一次时钟信号；若分频系数为奇数，则需要在输出一半的时钟周期后再输出一次时钟信号。

整数分频器的设计思路也很简单，只需要使用计数器进行计数，当计数器达到指定的计数周期时，输出一个时钟信号即可。若指定的分频系数为N，则计数周期应当设置为N-1，即经过N个时钟周期后输出一个时钟信号。

小数分频器的设计思路比较复杂，需要使用一个带有分数位的计数器进行计数。例如，若指定的分频系数为1.5，则计数周期应当设置为3，即经过3个时钟周期后输出2个时钟信号。

实现方法：

根据上述设计思路，我们可以设计以下Verilog代码：

module clk_divider (

input clk, // 输入时钟信号

input rst, // 复位信号

input signed [31:0] divisor, // 分频系数

output reg clk_out // 输出时钟信号

);

// 定义计数器

reg [31:0] count = 0;

// 定义计数周期

reg [31:0] period = 0;

// 当分频系数为偶数时

if (divisor % 2 == 0) begin

period = divisor / 2 - 1;

always @(posedge clk or posedge rst) begin

if (rst) begin

count <= 0;

clk_out <= 0;

end else begin

if (count <= period) begin

count <= count + 1;

end else begin

count <= 0;

clk_out <= ~clk_out;

end

end

end

// 当分频系数为奇数时

end else if (divisor % 2 == 1) begin

period = (divisor - 1) / 2;

always @(posedge clk or posedge rst) begin

if (rst) begin

count <= 0;

clk_out <= 0;

end else begin

if (count < period) begin

count <= count + 1;

end else if (count == period) begin

count <= count + 1;

clk_out <= 1;

end else begin

count <= 0;

clk_out <= 0;

end

end

end

// 当分频系数为整数时

end else if ($floor(divisor) == divisor) begin

period = divisor - 1;

always @(posedge clk or posedge rst) begin

if (rst) begin

count <= 0;

clk_out <= 0;

end else begin

if (count <= period) begin

count <= count + 1;

end else begin

count <= 0;

clk_out <= ~clk_out;

end

end

end

// 当分频系数为小数时

end else begin

integer integer_part = $floor(divisor);

integer fractional_part = $floor((divisor - integer_part) * 1000);

period = integer_part - 1;

reg [9:0] fractional_count = 0;

always @(posedge clk or posedge rst) begin

if (rst) begin

count <= 0;

clk_out <= 0;

fractional_count <= 0;

end else begin

if (count <= period) begin

count <= count + 1;

end else begin

fractional_count <= fractional_count + fractional_part;

if (fractional_count >= 1000) begin

count <= 0;

clk_out <= ~clk_out;

fractional_count <= fractional_count - 1000;

end

end

end

end

end

endmodule

使用方法：

将以上代码保存为Verilog文件并进行编译、综合和实现后，可以得到一个FPGA芯片的比特流文件。将该比特流文件下载到FPGA开发板上，即可开始使用奇数偶数小数分频器。

在实际使用时，我们可以通过向分频器输入不同的分频系数来实现不同的分频效果。例如，若需要将一个50MHz的时钟信号分频成10Hz的信号，则可以使用分频系数5000000=50MHz/10Hz进行分频。

实验案例：

请参见以下示意图，其中CLK_IN为输入时钟信号，CLK_OUT为输出时钟信号，SWITCHES为用于输入分频系数的拨动开关。


以上就是本篇文章所介绍的基于Verilog的奇数偶数小数分频器的设计。通过该设计，我们可以在数字电路中实现对时钟信号的精确分频，应用范围非常广泛。 如果你喜欢我们三七知识分享网站的文章， 欢迎您分享或收藏知识分享网站文章 欢迎您到我们的网站逛逛喔！https://www.37seo.cn/