分频器的硬件描述语言设计

  

在数字电路中，常需要对较高频率的时钟进行分频操作，得到较低频率的时钟信号。我们知道，在硬件电路设计中时钟信号是最重要的信号之一。 下面我们介绍分频器的 VHDL 描述，在源代码中完成对时钟信号 CLK 的 2 分频， 4 分频， 8 分频， 16 分频。 这也是最简单的分频电路，只需要一个计数器即可。

  

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;



ENTITY clkdiv IS

PORT(clk : IN STD_LOGIC;

clk_div2 : OUT STD_LOGIC;

clk_div4 : OUT STD_LOGIC;

clk_div8 : OUT STD_LOGIC;

clk_div16 : OUT STD_LOGIC);

END clk_div;

  

ARCHITECTURE rtl OF clk_div IS

SIGNAL count : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

BEGIN

PROCESS(clk)

BEGIN

IF (clk‘event AND clk=‘ 1‘ ) THEN

IF(count=” 1111” ) THEN

Count <= (OTHERS =>‘ 0‘ );

ELSE

Count <= count +1;

END IF ;

END IF ;

END PROCESS;

clk_div2 <= count(0);

clk_div4 <= count(1);

clk_div8 <= count(2);

clk_div16 <= count(3);

END rtl;

  

对于分频倍数不是 2 的整数次幂的情况，我们只需要对源代码中的计数器进行一下计数控制就可以了，如下面源代码描述一个对时钟信号进行 6 分频的分频器。



ENTITY clkdiv IS

PORT(clk : IN STD_LOGIC;

clk_div6 : OUT STD_LOGIC);

END clk_div;

  

ARCHITECTURE rtl OF clk_div IS

SIGNAL count : STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);

SIGNAL clk_temp : STD_LOGIC;

BEGIN

PROCESS(clk)

BEGIN

IF (clk‘event AND clk=‘ 1‘ ) THEN

IF(count=” 10” ) THEN

count <= (OTHERS =>‘ 0‘ );

clk_temp <=NOT clk_temp;

ELSE

count <= count +1;

END IF ;

END IF ;

END PROCESS;

clk_div6 <= clk_temp;

END rtl;

  

前面两个分频器的例子描述的将时钟信号进行分频，分频后得到的时钟信号的占空比为 1 ： 1 。在进行硬件设计的时候，往往要求得到一个占空比不是 1 ： 1 的分频信号，这时仍采用计数器的方法来产生占空比不是 1 ： 1 的分频信号。下面源代码描述的是这样一个分频器：将输入的时钟信号进行 16 分频，分频信号的占空比为 1 ： 15 ，也就是说，其中高电位的脉冲宽度为输入时钟信号的一个周期。

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

  

ENTITY clkdiv IS

PORT(clk : IN STD_LOGIC;

clk_div16 : OUT STD_LOGIC);

END clk_div;

  

ARCHITECTURE rtl OF clk_div IS

SIGNAL count : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

BEGIN

PROCESS(clk)

BEGIN

IF (clk‘event AND clk=‘ 1‘ ) THEN

IF(count=” 1111” ) THEN

Count <= (OTHERS =>‘ 0‘ );

ELSE

Count <= count +1;

END IF ;

END IF ;

END PROCESS;

  

PROCESS(clk)

BEGIN

IF (clk‘event AND clk=‘ 1‘ ) THEN

IF(count=” 1111” ) THEN

Clk_div16 <= ‘ 1‘ ;

ELSE

Clk_div <= ‘ 0‘ ;

END IF ;

END IF ;

END PROCESS;

END rtl;

  

对于上述源代码描述的这种分频器，在硬件电路设计中应用十分广泛，设计人员常采用这种分频器来产生选通信号、中断信号和数字通信中常常用到的帧头信号等。

希望深入了解的朋友，还可以思考奇数分频，半整数分频和小数分频的方法，在FPGA设计中，这些都是可以实现的，如果您希望更多信息，请继续阅读：