FPGA 开发基础------------奇数分频，占空比50%

Posted 2021-02-18 lgy-gdeu

　　在通常的学习中，或者一些网络课程当中，总会强调使用PLLIP核出来的时钟。但是在实际中并非所有的逻辑都是有那么高的逻辑要求。通过语言进行时钟的分频相移显得十分方便，这种方法可以节省芯片内部的锁相环资源，再者，通过语言设计进行时钟分频，可以锻炼我们对verilog的熟练和理解程度。这里主要讲解奇数倍分频。

奇数倍分频：
　　如果不要求占空比为50%的话，也比较容易实现，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。

奇数倍分频操作步骤：
　　对于实现占空比为50%的N倍奇数分频，我们可以分解为两个通道：
　　第一个通道：　　

　　　　第一步：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，
　　　　     第二步：然后经过（N-1）/2再次进行翻转得到一个占空比为非50%奇数N分频时钟；
　　 第一个通道：

　　　　　第一步：下降沿触发进行模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。
　　　　 　第一步：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。
              最后输出：将这两个占空比非50%的N分频时钟或运算，得到占空比为50%的奇数n分频时钟。


具体例子：5分频等占空比，可以通过待分频时钟下降沿和上升沿触发0~4计数，
　　①对于待分频时钟的上升沿，当计数器cnt1计数到1时，
clk_p翻转；当计数器计数到3(1 + (5 - 1) / 2 = 3)时，clk_p再次反转；
　　②对于待分频时钟的下降沿，当计数器cnt2计数到1时，
clk_n翻转；当计数器计数到3(1 + (5 - 1) / 2 = 3)时，clk_n再次反转；
　　③然后下降沿产生的5分频时钟和上升沿产生的5分频时钟进行或运算，
即可得到占空比为50%的N分频时钟。

例程：实现三分频，占空比50%

 1 // *********************************************************************************
 2 // Project Name : 
 3 // weixin       : li15226499835
 4 // Website      : https://www.cnblogs.com/lgy-gdeu/
 5 // Create Time  : 2020// 
 6 // File Name    : .v
 7 // Module Name  : 
 8 // Abstract     :
 9 // editor        : sublime text 3
10 // *********************************************************************************
11 // Modification History:
12 // Date         By              Version                 Change Description
13 // -----------------------------------------------------------------------
14 // 2020//          Liguoyong           1.0                     Original
15 //  
16 // *********************************************************************************
17 `timescale      1ns/1ns
18 module three_clock_divide (
19     //system signals
20     input            wire                 sclk    , 
21     input            wire                 s_rst_n    ,
22     //out  div_three_clock
23     output          wire                div_three_clock
24 
25 );
26 
27 //========================================================================28 // =========== Define Parameter and Internal signals =========== 
29 //========================================================================/
30 reg         [1:0]       cnt_1        ;
31 reg            [1:0]        cnt_2         ;
32 reg                     clk_p        ;
33 reg                        clk_n          ;
34 
35 //=============================================================================
36 //****************************     Main Code    *******************************
37 //=============================================================================
38 
39 //cnt_1
40 always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)begin
41     if(!s_rst_n)
42         cnt_1 <= 0;
43     else if(cnt_1 == 2‘b10)
44         cnt_1 <=  0;
45     else 
46         cnt_1 <= cnt_1  + 1‘b1 ;
47                  
48 end
49 
50 //cnt_2
51 always @(negedge sclk or negedge s_rst_n)begin
52     if(!s_rst_n)
53         cnt_2   <=    0 ;
54     else if(cnt_2 == 2‘b10)    
55         cnt_2    <=  0 ;
56     else
57         cnt_2    <=  cnt_2 + 1‘b1 ;    
58 end
59 
60 //clk_p
61 always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)begin
62     if(!s_rst_n)
63         clk_p  <=  1‘b0;
64     else if(cnt_1== 2‘b01)
65         clk_p  <=  ~clk_p;
66     else if(cnt_1==2‘b10)
67         clk_p  <=  ~clk_p;
68     else 
69         clk_p   <=  clk_p;    
70                 
71 end   
72 
73 //clk_n
74 always @(negedge sclk or negedge s_rst_n)begin
75     if(!s_rst_n)
76         clk_n  <=  0 ;
77     else if(cnt_2 == 2‘b01)    
78         clk_n  <=  ~clk_n ;
79     else if(cnt_2 == 2‘b10)    
80         clk_n  <=  ~clk_n ;
81     else 
82         clk_n  <=  clk_n;
83             
84 end
85 assign div_three_clock =   clk_p | clk_n;
86 
87 endmodule

测试激励：

 1 // *********************************************************************************
 2 // Project Name : 
 3 // weixin       : li15226499835
 4 // Website      : https://www.cnblogs.com/lgy-gdeu/
 5 // Create Time  : 2020// 
 6 // File Name    : .v
 7 // Module Name  : 
 8 // Abstract     :
 9 // editor        : sublime text 3
10 // *********************************************************************************
11 // Modification History:
12 // Date         By              Version                 Change Description
13 // -----------------------------------------------------------------------
14 // 2020//          Liguoyong           1.0                     Original
15 //  
16 // *********************************************************************************
17 `timescale      1ns/1ns
18 
19 module  tb_three_clock_div ();
20   
21 reg        tb_sclk         ;
22 reg        tb_s_rst_n   ;
23 wire       o_clk        ;
24 
25 initial begin
26     tb_sclk    =   1‘b1 ;
27     tb_s_rst_n<=   1‘b0 ;
28     #100
29     tb_s_rst_n<=   1‘b1 ;
30     #10000
31     $finish;
32 end 
33 always #20  tb_sclk = ~tb_sclk ;
34 
35 
36 //例化
37 three_clock_divide three_clock_divide_inst(
38     //system signals
39     .sclk                    (tb_sclk), 
40     .s_rst_n                (tb_s_rst_n),
41     //out  div_three_clock
42     .div_three_clock        (o_clk)
43 
44 );
45 
46 endmodule

仿真：