Verilog实现偶数、奇数、半整数、分数（小数）分频，画电路图用D触发器实现分频

通常我们说对原时钟进行N分频，即分频后的时钟的一个周期是原时钟周期的N倍。N可以为偶数、奇数、半整数、分数（小数）。

1.偶数分频

Verilog：N为偶数，使用一个计数器循环0-(N-1)进行计数，在N/2-1与N-1分别将输出取反，即完成了N分频。

若果采用D触发器画出分频器，单个D触发器的反向输出到输入就构成了一个简单的2分频器，以此为基础，其分频输出作为下一级D触发器的时钟，如此串联起来，x个串联就是2^x分频，属于偶数分频，如图1[1].

图1 用D触发器分频

2.奇数分频

Verilog：N为奇数，使用一个计数器循环0-(N-1)进行计数，控制(N-1)/2个高电平，(N 1)/2个低电平，称为A；然后将此A电平信号延迟半个时钟周期称为B，最后输出C = A|B，即为占空比为50%的奇数分频器。另一种方案是(N 1)/2个高电平，(N-1)/2个低电平，那么最后输出C=A&B。

以C = A|B为例，将A延时半个时钟周期的方法有2种，方法1是直接使用下降沿的锁存器对A锁存得到B，方法2得到B的原理与A相同，不过是在下降沿检测（假设A是上升沿检测）。

图2 奇数分频波形

采用D触发器的话，采用方法1，用一个下降沿的D触发器锁存A=clkp1得到信号B=clkn1,把信号A和信号B做逻辑“与”就得到了占空比50%的分频时钟信号clkout[1]。

图3奇数分频

下面给出N为正整数的分频器设计，主要原理是N[0]=1为奇数分频，0为偶数分频。

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module practice_demo(
    input clk,
    input arst,
    
    output clk_div
    );   
parameter N = 5;
reg [2:0] cnt;
reg clk_a;
reg clk_b;
wire clk_c;
 
always@(posedge clk or posedge arst)
begin
    if(arst)
        cnt <= 0;
    else if(cnt == N-1)
        cnt <= 0;
    else
        cnt <= cnt   1;    
end
 
always@(posedge clk or posedge arst)
begin
    if(arst)
        clk_a<= 0;
    else if(cnt == (N-1)/2 || cnt == N-1)
        clk_a<= ~clk_a;
    else
        clk_a<= clk_a;    
end
 
/*****************方法1**********************/
always@(negedge clk or posedge arst)
begin
    if(arst)
        clk_b <= 0;
    else 
        clk_b <= clk_a;
end
/******************方法2********************/
//always@(negedge clk or posedge arst)
//begin
//    if(arst)
//        clk_b<= 0;
//    else if(cnt == (N-1)/2 || cnt == N-1)
//        clk_b<= ~clk_b;
//    else
//        clk_b<= clk_b;    
//end
/*********************************************/
 
assign clk_c = clk_a | clk_b;
//N[0]=1奇数，否则偶数
assign clk_div = N[0] ? clk_c : clk_a;
 
endmodule

3 半整数分频

说明：占空比非50%

网上广为流传的一种分频结果是，半分频多出来那半个周期为高电平，其余为低电平。例如N=5.5，以原时钟的一半为单位，可以分频输出1高10低。原理是用计数器循环计数0-10即11个周期，控制输出X前6周期高电平，后5周期低电平，然后再使用计数器得到一个下降沿触发的5低6高的输出Y，最后输出Z = X&Y。

图4半整数分频的波形

给出Verilog设计：

代码语言：javascript复制

module for_practice(
input clk,
input arst,
output  clk_div         
    );
parameter N = 5;//5.5分频
reg[31:0]cnt1;
reg clkx;
reg clky;
always@(posedge clk or posedge arst)
begin
    if(arst)
        cnt1 <= 0;
    else if(cnt1 == 2*N)
        cnt1 <= 0;
    else
        cnt1 <= cnt1  1;          
end
 
always@(posedge clk or posedge arst)
begin
    if(arst)
        clkx <= 0;
    else if(cnt1 == 2*N)//////
        clkx <= 1;
    else if(cnt1 == N)///////
        clkx <= 0;          
end
 
always@(negedge clk or posedge arst)
begin
    if(arst)
        clky <= 0;
    else if(cnt1 == 0)///////
        clky <= 0;
    else if(cnt1 == N)//////
        clky <= 1;          
end
 
assign clk_div =  clkx & clky;
 
endmodule

另外一种做法是想得到接近50%的占空比，例如5分频得到3个高电平，2.5个低电平,其思路是控制clk，使得计数器值等于某一值只保持半个周期。参考[3]

4分数（小数）分频

此部分主要参考[1][2].

说明：占空比非50%

比如8.7分频。因为没办法用计数器表示0.7这种数字，所以就用一个等效的概念来进行8.7分频，原时钟87个周期的总时间等于分频后的时钟10个周期的总时间；

先做3次8分频得到时钟周期数是24，再做7次9（8加1）分频得到时钟周期数63，总共就87个时钟周期；在这87个时钟周期里面分频时钟跳变20次总共10个周期。分数分频器的原理可以用下图来概括。