【Verilog基础】10.偶分频和奇分频

概念：

分频器是指使输出信号频率为输入信号频率整数分之一的电子电路（2分频就是1/2,4分频就是1/4）。在许多电子设备中如电子钟、频率合成器等，需要各种不同频率的信号协同工作，常用的方法是以稳定度高的晶体振荡器为主振源，通过变换得到所需要的各种频率成分，分频器是一种主要变换手段。早期的分频器多为正弦分频器，随着数字集成电路的发展，脉冲分频器（又称数字分频器）逐渐取代了正弦分频器。

一般数字电路中的分频指脉冲分频，其指标包括频率和占空比。频率为周期的倒数，占空比为在一个周期中高电平占的时间比例。根据分频倍数，可分为偶数分频和奇数分频，根据占空比要求，可分为50%占空比分频和任意占空比分频。

偶数分频：

偶数分频指分频系数为2，4，6，8等偶数整数的分频电路，并且一般认为其分频后的占空比为50%。一种基本思路是每次时钟上升沿时令分频信号翻转，则得到了2分频信号，再以得到的2分频信号的上升沿触发新的分频信号翻转，则得到了4分频信号。这种方式的好处是不需要计数器，但局限性是只能得到2^n的分频系数的信号。

偶数分频较奇数分频更为常见，通过一个计数器就完全可以实现了。如需要N分频（N为偶数，则N/2为整数），可通过一个计数器在待分频时钟的触发下循环。当计数器从0计数至N/2 -1时，输出时钟翻转。

module div6(clk_in,rst_n,clk_out);
    output clk_out; //输出 6 分频信号
    input clk_in,rst_n; //时钟信号
    parameter N=6;
    reg[3:0] cnt
always @(posedge clk_in or negedge rst_n)
    begin
         if(!rst_n)
             begin  cnt=4'b0000; clk_out=1'b0;end
         else  if(cnt==(N/2-1))
             begin  cnt=4'b0000; clk_out=~clk_out;end
         else cnt<=cnt+1;
        end
endmodule

奇数分频：

由于奇分频需要保持分频后的时钟占空比为 50% ，所以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。

例子：接下来我们设计一个 5 分频(频率为之前的1/5)的模块，占空比为40%，设计思路如下：

实现方法为：

        Step1:   双沿计数器计数；

                 使用2个计数器：cnt_up和cnt_down,分别在时钟的上升沿触发计数器cnt_up和cnt_down。

        Step2：生成两个控制信号Clk_up和Clk_down；

                 cnt_up计数到（N-1)/2-1电平翻转信号Clk_up，再计数到N-1电平翻转信号Clk_up，同时cnt_down计数到（N-1)/2-1电平翻转信号Clk_down，再计数到N-1电平翻转信号Clk_down。

        Step3:  求出分频后时钟；

                如果Clk_up和Clk_down信号与Clk_out的关系与Clk_up和Clk_down信号中高低电平比有关（占空比）：

              （1）如果高 / 低电平比例为N-1/2      : N-1/2 + 1  ,则分频时钟 clk_div = clk_up || clk_down （如图 1 所示）。

               （2）如果高 / 低电平比例为 N-1/2 +1 :N/2        ,则分频时钟 clk_div = clk_up && clk_down（如图 2 所示）。

module div(clk_out, clk_in, rstn);
	output clk_out;
	input clk_in;
	input rstn;
	
	reg clk_out, clk_pos, clk_neg;
	reg [3:0] cnt_pos, cnt_neg;
	parameter N = 7;
	assign clk_out = clk_pos || clk_neg;
	always @(posedge clk_in or negedge rstn)
		if(!rstn) begin
			clk_pos <= 1'b0;
			cnt_pos <= 4'b0;
		end
		else if(cnt_pos == (N-1)/2) begin
			clk_pos <= ~clk_pos;
			cnt_pos <= cnt_pos + 1'b1;
		end
		else if(cnt_pos == N-1) begin
			cnt_pos <= 4'b0;
			clk_pos <= ~clk_pos;
		end
		else cnt_pos <= cnt_pos + 1'b1;
		
	
	always @(negedge clk_in or negedge rstn)
		if(!rstn) clk_neg <= 1'b0;
		else clk_neg <= clk_pos;
endmodule

 半整数电路

实现3.5分频

module half_divide (clk,rst_n,clk_out);
 
input clk;
input rst_n;
output clk_out;
 
reg [3:0] p_cnt;
reg [3:0] n_cnt;
 
wire p_out;
wire n_out;
 
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
p_cnt <= 4'd0;
else if(p_cnt < 4'd6)
p_cnt <= p_cnt + 1'b1;
else
p_cnt <= 4'd0;
 
 
always@(negedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
n_cnt <= 4'd0;
else if(n_cnt < 4'd6)
n_cnt <= n_cnt + 1'b1;
else
n_cnt <= 4'd0;
 
assign p_out = p_cnt == 4'd0 ? 1 : 0;
assign n_out = n_cnt == 4'd4 ? 1 : 0;
 
assign clk_out = p_out ||  n_out;
 
 
endmodule
 

参考：Verilog设计（二）：分频电路设计_风中少年01的博客-CSDN博客_分频电路verilog