Verilog如何实现偶数、奇数、半整数、分数分频以及画电路图用D触发器实现分频

今天就跟大家聊聊有关Verilog如何实现偶数、奇数、半整数、分数分频以及画电路图用D触发器实现分频，可能很多人都不太了解，为了让大家更加了解，小编给大家总结了以下内容，希望大家根据这篇文章可以有所收获。

通常我们说对原时钟进行N分频，即分频后的时钟的一个周期是原时钟周期的N倍。N可以为偶数、奇数、半整数、分数（小数）。

1.偶数分频

Verilog：N为偶数，使用一个计数器循环0-(N-1)进行计数，在N/2-1与N-1分别将输出取反，即完成了N分频。

若果采用D触发器画出分频器，单个D触发器的反向输出到输入就构成了一个简单的2分频器，以此为基础，其分频输出作为下一级D触发器的时钟，如此串联起来，x个串联就是2^x分频，属于偶数分频，如图1[1].

图1 用D触发器分频

2.奇数分频

Verilog：N为奇数，使用一个计数器循环0-(N-1)进行计数，控制(N-1)/2个高电平，(N+1)/2个低电平，称为A；然后将此A电平信号延迟半个时钟周期称为B，最后输出C = A|B，即为占空比为50%的奇数分频器。另一种方案是(N+1)/2个高电平，(N-1)/2个低电平，那么最后输出C=A&B。

以C = A|B为例，将A延时半个时钟周期的方法有2种，方法1是直接使用下降沿的锁存器对A锁存得到B，方法2得到B的原理与A相同，不过是在下降沿检测（假设A是上升沿检测）。

图2 奇数分频波形

采用D触发器的话，采用方法1，用一个下降沿的D触发器锁存A=clkp1得到信号B=clkn1,把信号A和信号B做逻辑“与”就得到了占空比50%的分频时钟信号clkout[1]。

图3奇数分频

下面给出N为正整数的分频器设计，主要原理是N[0]=1为奇数分频，0为偶数分频。

module practice_demo(    input clk,    input arst,        output clk_div    );   parameter N = 5;reg [2:0] cnt;reg clk_a;reg clk_b;wire clk_c; always@(posedge clk or posedge arst)begin    if(arst)        cnt <= 0;    else if(cnt == N-1)        cnt <= 0;    else        cnt <= cnt + 1;    end always@(posedge clk or posedge arst)begin    if(arst)        clk_a<= 0;    else if(cnt == (N-1)/2 || cnt == N-1)        clk_a<= ~clk_a;    else        clk_a<= clk_a;    end /*****************方法1**********************/always@(negedge clk or posedge arst)begin    if(arst)        clk_b <= 0;    else         clk_b <= clk_a;end/******************方法2********************///always@(negedge clk or posedge arst)//begin//    if(arst)//        clk_b<= 0;//    else if(cnt == (N-1)/2 || cnt == N-1)//        clk_b<= ~clk_b;//    else//        clk_b<= clk_b;    //end/*********************************************/ assign clk_c = clk_a | clk_b;//N[0]=1奇数，否则偶数assign clk_div = N[0] ? clk_c : clk_a; endmodule

3 半整数分频

说明：占空比非50%

网上广为流传的一种分频结果是，半分频多出来那半个周期为高电平，其余为低电平。例如N=5.5，以原时钟的一半为单位，可以分频输出1高10低。原理是用计数器循环计数0-10即11个周期，控制输出X前6周期高电平，后5周期低电平，然后再使用计数器得到一个下降沿触发的5低6高的输出Y，最后输出Z = X&Y。

图4半整数分频的波形

给出Verilog设计：

module for_practice(input clk,input arst,output  clk_div             );parameter N = 5;//5.5分频reg[31:0]cnt1;reg clkx;reg clky;always@(posedge clk or posedge arst)begin    if(arst)        cnt1 <= 0;    else if(cnt1 == 2*N)        cnt1 <= 0;    else        cnt1 <= cnt1+ 1;          end always@(posedge clk or posedge arst)begin    if(arst)        clkx <= 0;    else if(cnt1 == 2*N)//////        clkx <= 1;    else if(cnt1 == N)///////        clkx <= 0;          end always@(negedge clk or posedge arst)begin    if(arst)        clky <= 0;    else if(cnt1 == 0)///////        clky <= 0;    else if(cnt1 == N)//////        clky <= 1;          end assign clk_div =  clkx & clky; endmodule

另外一种做法是想得到接近50%的占空比，例如5分频得到3个高电平，2.5个低电平,其思路是控制clk，使得计数器值等于某一值只保持半个周期。参考[3]

4分数（小数）分频

此部分主要参考[1][2].

说明：占空比非50%

比如8.7分频。因为没办法用计数器表示0.7这种数字，所以就用一个等效的概念来进行8.7分频，原时钟87个周期的总时间等于分频后的时钟10个周期的总时间；

先做3次8分频得到时钟周期数是24，再做7次9（8加1）分频得到时钟周期数63，总共就87个时钟周期；在这87个时钟周期里面分频时钟跳变20次总共10个周期。分数分频器的原理可以用下图来概括。

图5分数分频的原理

用整数部分zn（=8）作为一个分频系数，zn加1（=9）作为另外一个分频系数组成一个小数分频器。

根据上面的原理可以列出下面的二元一次方程组

zn*N+(zn+1)*M=87   ……（1）

N+M=10                    ……（2）

可以解出N和M的值分别是3和7。

ACC计数器设计,在这里ZN=8：

ACC计数器就是控制做N次ZN分频和M次ZN+1次分频，具体控制过程可以分为以下几种情况：

第1种情况 ：先做N次ZN分频，再做M次ZN+1次分频；

第2种情况：先做M次ZN+1次分频，再做N次ZN分频；

第3种情况 ：把N次ZN分频平均插入到M次ZN+1分频中；

第4种情况 ：把M次ZN+1次分频平均插入到N次ZN分频中。

组合N次ZN分频和M次ZN+1次分频的情况很多。第1、2种情况前后时钟频率不太均匀，因此相位抖动比较大；

第3、4种情况前后时钟频率均匀性稍好，因此相位抖动会减小，因此最终采用3或4。如图6

图6分数分频的几种控制过程

看完上述内容，你们对Verilog如何实现偶数、奇数、半整数、分数分频以及画电路图用D触发器实现分频有进一步的了解吗？如果还想了解更多知识或者相关内容，请关注亿速云行业资讯频道，感谢大家的支持。