分频器——秒分频、三分频、五分频、任意分频和偶数分频

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👉声明：本文所使用的的所有代码均已编译并仿真通过，仿真结果附于文中。

👉注：更多精彩请看： 面试常问的verilog代码汇总 一文

1.占空比

• 占空比：理想的时钟模型是一个占空比为50%且周期固定的方波。时钟周期为T，TH为高脉冲宽度，TL为低脉冲宽度，T=TH+TL。占空比即为高脉冲宽度与周期之比，即TH / T。

2.秒分频计数

假设clk是24MHz系统时钟，秒分频产生s_pulse；秒计数模块对s_pulse计数，计数范围0~9，计数结果s_num的位宽为4 个bit位。


代码如下

module s_count(clk,rst_n,s_num); input clk,rst_n; output [3:0]s_num; //因为需要25位二进制来表达 reg [24:0]con_t;//秒脉冲分频计数 reg s_pulse;//秒脉冲尖 reg [3:0]s_num; parameter fequency=24;//24MHZ  always@(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n) begin con_t <= 0; s_pulse <= 0; s_num <= 0; end else begin //时钟频率是24MHz，所以当con_t计数到（24*-1）时，为1秒 if(con_t == fequency* -1)begin con_t <= 0; s_pulse <= 1; end else begin con_t <= con_t + 1; s_pulse <= 0; end end //每出现一各秒脉冲尖，就计数一次 if(s_pulse == 1)begin if(s_num == 9) s_num <= 0;//计到9个秒脉冲尖，就清零 else s_num <= s_num + 1; end end endmodule `timescale 1ns/1ps module tb_s_count; reg clk,rst_n; wire[3:0] s_num; s_count dut(.clk(clk),.rst_n(rst_n),.s_num(s_num)); initial begin clk <= 0; forever begin #5 clk <= !clk; end end initial begin #10 rst_n <= 0; repeat(10) @(posedge clk); rst_n <= 1; end endmodule 

仿真结果如下，时间关系，我就没跑完了。

3.偶数分频

• 偶分频电路指的是分频系数为 2、4、6、8 … 等偶数整数的分频电路 ;
• 当进行N倍偶数分频，采用计数器计数带分频时钟。当计数器从0计数到 N/2 – 1 时，输出时钟就翻转翻转。
• 若输入时钟为 24MHz，进行2分频，分频后的时钟频率为 (24/2) = 12 MHz

module div_6(clk_in,rst_n,clk_out); input clk_in; input rst_n; output clk_out;//分频后的时钟 parameter div_num = 6; reg clk_out; reg [3:0]c_count;//分频计数器 always @(posedge clk_in or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin clk_out <= 4'd0; c_count <= 4'd0; end //如果计数器还未计到 N/2 - 1 else if(c_count < ((div_num / 2 )- 1)) begin c_count <= c_count + 1'b1; clk_out <= clk_out; end //如果计数器还计到 N/2 - 1，那就翻转 else begin c_count <= 4'd0; clk_out <= ~clk_out; end end endmodule `timescale 1ns/1ps module tb_div6; reg clk_in,rst_n; wire clk_out; div_6 dut(.clk_in(clk_in),.rst_n(rst_n),.clk_out(clk_out)); initial begin clk_in <= 0; forever begin #5 clk_in <= !clk_in; end end initial begin #10 rst_n <= 0; repeat(10) @(posedge clk_in); rst_n <= 1; end endmodule 

仿真结果如下：

4.奇数分频

1. 占空比不为50%

• 通过对待分频时钟上升沿触发计数器进行计数来实现。
• 三分频电路：进行模3计数，在时钟上升沿进行加 1操作，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，计数到 2时清零，从头开始计数。这样实现的三分频占空比为1/3。
• 五分频电路： 进行模5计数，在时钟上升沿进行加 1 操作，计数器的值为 0、1 时，输出时钟信号不变；计数器的值为2、3、4 时，输出时钟信号 clk_div 为低电平。计数到 5 时清零，从头开始计数。五分频占空比为 40% 。

//5分频，占空比不为50% module div_5(clk,rst_n,clk_div); input clk; input rst_n; output clk_div; parameter NUM_DIV = 5;//分频数 reg[2:0] cnt1; //上升沿采样计数值 reg clk_div;//上升沿采样计数 always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) cnt1 <= 0; else if(cnt1 < (NUM_DIV - 1)) cnt1 <= cnt1 + 1'b1; else cnt1 <= 0; //等于NUM_DIV时计数器复位 end always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) clk_div <= 1'b1; else if(cnt1 < (NUM_DIV-1)/2)//时钟翻转 clk_div <= 1'b1;//计数器值为0,1时，时钟信号为高 else clk_div <= 1'b0;//计数器值为2,3,4时，时钟信号为低 end endmodule `timescale 1ns/1ps module tb_div5_30; reg clk,rst_n; wire clk_div; div_5 dut(.clk(clk),.rst_n(rst_n),.clk_div(clk_div)); initial begin clk <= 0; forever begin #5 clk <= !clk; end end initial begin #10 rst_n <= 0; repeat(10) @(posedge clk); rst_n <= 1; end endmodule 

实现了占空比不为50%的五分频

2. 占空比为50%

当奇分频需要保持分频后的时钟占空比为 50%时 ，就不能像偶分频那样直接在分频系数的一半时使时钟信号翻转(高电平一半，低电平一半)。在此我们需要利用输入时钟上升沿和下降沿来进行设计。

• 法一：可以通过待分频时钟下降沿触发计数，和上升沿同样的方法计数进行三分频，然后下降沿产生的三分频时钟和上升沿产生的时钟进行相或运算，即可得到占空比为50%的三分频时钟。
• 法二：对进行奇数倍n分频时钟，首先进行n/2分频（带小数，即等于(n-1)/2+0.5），然后再进行二分频得到占空比为50%的奇数倍分频。

//法一实现5分频 module div_5(clk,rst_n,clk_div); input clk; input rst_n; output clk_div; parameter NUM_DIV = 5;//分频数 reg[2:0] cnt1; //上升沿采样计数值 reg[2:0] cnt2;//下升沿采样计数值 reg clk_div1, clk_div2;//上升沿采样计数和下降沿采样计数的时钟 assign clk_div = clk_div1 | clk_div2;//上升沿采样计数和下降沿采样计数的时钟相或 //上升沿计数 always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) cnt1 <= 0; else if(cnt1 < NUM_DIV - 1) cnt1 <= cnt1 + 1'b1; else cnt1 <= 0; //等于NUM_DIV时计数器复位 end always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) clk_div1 <= 1'b1; else if(cnt1 < NUM_DIV / 2)//时钟翻转 clk_div1 <= 1'b1; else clk_div1 <= 1'b0; end //下降沿计数 always @(negedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) cnt2 <= 0; else if(cnt2 < NUM_DIV - 1) cnt2 <= cnt2 + 1'b1; else cnt2 <= 0; end always @(negedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) clk_div2 <= 1'b1; else if(cnt2 < NUM_DIV / 2)//时钟翻转，要与上升沿同计数值 clk_div2 <= 1'b1; else clk_div2 <= 1'b0; end endmodule `timescale 1ns/1ps module tb_div5_50; reg clk,rst_n; wire clk_div; div_5 dut(.clk(clk),.rst_n(rst_n),.clk_div(clk_div)); initial begin clk <= 0; forever begin #5 clk <= !clk; end end initial begin #10 rst_n <= 0; repeat(10) @(posedge clk); rst_n <= 1; end endmodule 

仿真结果如下，实现了占空比为50%的五分频电路

5.任意分频

对于实现占空比为50% 的N倍奇数分频。有以下步骤：

• 首先时钟上升沿触发进行模N计数，计数选定到某一个值进行输出时钟翻转，然后经过（N-1）/2再次进行翻转得到一个占空比非50%奇数N分频时钟；
• 同时进行下降沿触发的模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。然后经过（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。
• 两个占空比非50%的N分频时钟相或运算，得到占空比为50%的奇数n分频时钟。