【【萌新的FPGA学习之分频器的介绍】】

萌新的FPGA学习之分频器的介绍

分频器的介绍
分频就是生成一个新时钟，该新时钟的频率是原有时钟频率的整数分之一倍，新周期是原有周期的整数倍。再简单来说，让你手撕一个四分频电路，就是写代码生成一个周期是原来四倍的时钟，如果手撕一个三分频电路，就是写代码生成一个周期是原来三倍的时钟。但是奇数分频会比偶数分频复杂一些。
实现分频一般有两种方法，一种方法是直接使用 PLL 进行分频，比如在 FPGA 或者 ASIC 设计中，都
可以直接使用 PLL 进行分频。但是这种分频有时候受限于 PLL 本身的特性，比如输入 100Mhz 时钟，很多
PLL 都实现不了 1Mhz 的时钟分频，这个就是 PLL 本身特性限制的。另外一种方法是直接使用代码来实现
分频，本节就是带领大家使用 Verilog 代码进行分频器电路的设计。
根据分频器的分频比例（分频前的频率和分频后的频率比值）是偶数还是奇数，将分频器分为偶数分
频器和奇数分频器。接下来，我们先看下偶数分频设计。
偶数分频，顾名思义就是分频前的频率和分频后的频率比值是偶数，比如一个 50Mhz 的晶振时钟，进
行二分频后，就是 50Mhz/2=25Mhz。
下面我们先来看一下偶数分频实现原理，假设为 N（偶数）分频，只需计数到 N/2-1，然后时钟翻
转、计数器清零，如此循环就可以得到 N（偶）分频。举个例子，比如晶振时钟是 100Mhz 时钟，想得到
一个 25Mhz 的时钟，那么这个是一个 100/25=4 的四分频设计，按照我们刚说的计数到 4/2-1=1，然后时钟
翻转、计数器清零，就可以得到一个 25Mhz 的时钟。根据偶数分频的原理，可以绘制出偶数分频的波形
图：

下面我们再来看下奇数分频，奇数分频顾名思义就是分配前的频率和分频后的频率比值是奇数。比如一个 50Mhz 的晶振时钟，进行三分频后，就是 50Mhz/3=16.667Mhz。实现偶数分频可通过一个简单计数器实现，而如果需要进行三分频、五分频以及七分频等奇数分频而言，一个寄存器肯定时不够的，接下来我们再来看一下奇数分频的原理。同样假设我们需要分频的倍数为 N（奇数）分频，就需要定义一个个数为 N 的 cnt。当 cnt=0 时out_clk1 在 sys_clk 的上升沿拉低，当 cnt 计数到 N/2-1 时 out_clk1 在 sys_clk 的上升沿进行翻转；而out_clk2 则在 cnt=0 时的 sys_clk 下降沿进行拉低，当 cnt 计数到 N/2-1 时，out_clk2 在 sys_clk 下降沿进行翻转。最后将 out_clk1 和 out_clk2 的波形相与，就得到了我们分频后输出的 out_clk。这样我们只需要通过修改 N 的值和计数器的位宽就可以实现其他奇数分频，根据这一原理同样可以绘制出奇数分频器的波形图：

这个是5分频 除一下 每个各占原来的2.5
我们交错一下 取上升沿 下降沿 就能完成如此实验

偶数分频 相对于 奇数分频较为简单
下面先介绍 4分频

module divider_4(
input sys_clk ,
 input sys_rst_n ,
 
 output reg out_clk
 );
 
 
 reg [1:0] cnt;

 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
 if(!sys_rst_n)
 cnt <= 2'd0;
 else if(cnt == 2'd1)
 cnt <= 2'd0;
 else
 cnt <= cnt + 2'd1;
 end
 
 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin 
 if(!sys_rst_n)
 out_clk <= 1'b0;
 else if(cnt == 2'd1)
 out_clk <= ~out_clk;
 end
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下面编写 tb文件

 `timescale 1ns / 1ns

 module tb_divider_4();
 
 reg sys_clk ;
 reg sys_rst_n ;
 
 wire out_clk ;
 
 initial begin
 sys_clk = 1'b1;
 sys_rst_n <= 1'b0;
 #201
 sys_rst_n <= 1'b1;
 end

 always #10 sys_clk <= ~sys_clk;

 divider_4 divider_4_inst(
 .sys_clk (sys_clk ),
 .sys_rst_n (sys_rst_n ),

 .out_clk (out_clk )
);

 endmodule
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我觉得计数应该技术到 (n-1)/2 -1
但是他们写的都是 N/2-1
算了照着写吧
我知道了 奇数除2会向下取整

下面介绍 七分频

module divider_7(
input sys_clk , //系统时钟
 input sys_rst_n , //系统复位
 
 output out_clk //输出时钟
 );
 
 parameter N = 7; //分频系数
 parameter EDGE = N/2-1; //取沿数

 reg [2:0] cnt ; //3 位计数器
 reg out_clk1; 
 reg out_clk2; 

 //计数器模块
 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
 if(!sys_rst_n)
 cnt <= 3'd0;
 else if(cnt == N - 1'b1)
 cnt <= 3'd0;
 else
 cnt <= cnt + 'd1;
 end

 //out_clk1 在上升沿进行翻转
 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
 if(!sys_rst_n)
 out_clk1 <= 1'b0;
 else if(cnt <= EDGE)
out_clk1 <= 1'b0;
 else
 out_clk1 <= 1'b1;
 end 

 //out_clk2 在下降沿进行翻转
 always@(negedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
 if(!sys_rst_n)
 out_clk2 <= 1'b0;
 else if(cnt <= EDGE)
 out_clk2 <= 1'b0;
 else
out_clk2 <= 1'b1;
 end
 
assign out_clk = out_clk1 & out_clk2;

endmodule
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