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用VHDL语言实现3分频电路

高工
2014-06-12 10:37:42    评分

用VHDL语言实现3分频电路

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众所周知,分频器是FPGA设计中使用频率非常高的基本设计之一,尽管在目前大部分设计中,广泛使用芯片厂家集成的锁相环资源,如altera 的PLL,Xilinx的DLL.来进行时钟的分频,倍频以及相移。但是对于时钟要求不高的基本设计,通过语言进行时钟的分频相移仍然非常流行,首先这种方法可以节省芯片内部的锁相环资源,再者,消耗不多的逻辑单元就可以达到对时钟操作的目的。另一方面,通过语言设计进行时钟分频,可以看出设计者对设计语言的理解程度。因此很多招聘单位在招聘时往往要求应聘者写一个分频器(比如奇数分频)以考核应聘人员的设计水平和理解程度。下面讲讲对各种分频系数进行分频的方法:
第一,偶数倍分频:偶数倍分频应该是大家都比较熟悉的分频,通过计数器计数是完全可以实现的。如进行N倍偶数分频,那么可以通过由待分频的时钟触发计数器计数,当计数器从0计数到N/2-1时,输出时钟进行翻转,并给计数器一个复位信号,使得下一个时钟从零开始计数。以此循环下去。这种方法可以实现任意的偶数分频。
第二:奇数倍分频:奇数倍分频常常在论坛上有人问起,实际上,奇数倍分频有两种实现方法:首先,完全可以通过计数器来实现,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。即是在计数值在邻近的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。如果要实现占空比为50%的三分频时钟,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。这种方法可以实现任意的奇数分频。归类为一般的方法为:对于实现占空比为50%的N倍奇数分频,首先进行上升沿触发进行模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。再者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,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。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。另外一种方法: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。得到占空比为50%的奇数倍分频。下面讲讲进行小数分频的设计方法
第三 ,小数分频:首先讲讲如何进行n+0.5分频,这种分频需要对输入时钟进行操作。基本的设计思想:对于进行n+0.5分频,首先进行模n的计数,在计数到n-1时,输出时钟赋为‘1’,回到计数0时,又赋为0,因此,可以知道,当计数值为n-1时,输出时钟才为1,因此,只要保持计数值n-1为半个输入时钟周期,即实现了n+0.5分频时钟,因此保持n-1为半个时钟周期即是一个难点。从中可以发现,因为计数器是通过时钟上升沿计数,因此可以在计数为n-1时对计数触发时钟进行翻转,那么时钟的下降沿变成了上升沿。即在计数值为n-1期间的时钟下降沿变成了上升沿,则计数值n-1只保持了半个时钟周期,由于时钟翻转下降沿变成上升沿,因此计数值变为0。因此,每产生一个n+0.5分频时钟的周期,触发时钟都是要翻转一次.

下面是根据上面思想写的三分频程序,1/3和50%占空比的程序.

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

-- Uncomment the following lines to use the declarations that are
-- provided for instantiating Xilinx primitive components.
--library UNISIM;
--use UNISIM.VComponents.all;

entity division3 is
port (clk: in std_logic;
out1: out std_logic);
end division3;

architecture Behavioral of division3 is
signal division2,division4 :std_logic:='0';
signal temp1,temp2:integer range 0 to 10;

begin
p1:process(clk)
begin
if rising_edge(clk) then
temp1 =temp1+1;

if temp1=1 then
division2='1';
elsif temp1=2 then
division2='0';
temp1=0;
end if;
end if;
end process p1;

p2:process(clk)
begin
if clk'event and clk='0' then
temp2=temp2+1;
if temp2=1 then

division4='1';
elsif temp2=2 then
division4='0';
temp2=0;
end if;
end if;
end process p2;

p3:process(division2,division4)
begin
out1=division2 or division4;
end process p3;

end Behavioral; (50%)

把上面的部分截取就可以得到异步的.


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