数字电路设计: FPGA实现倍频

Verilog实现倍频

这篇博客讲怎么用D触发器和同或门组成的倍频器，并用Verilog实现验证；

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1. 原理：

• CLK时钟要想实现倍频，那么CLK每变化一次，对应的CLK_out就必须变化两次；因此采用D触发器，且CLK的上升沿，下降沿均有效，且均会引起CLK_out两次的变化；因此，需要在加入一个组合逻辑电路，CLK变化时，时序逻辑引起CLK_out从0->1,时序逻辑部分的输出作为输入，通过组合逻辑使CLK_out从1->0, 这样每次CLK变化时，CLK_out都会出现一个短时间的脉冲变化，从而达到倍频效果。

• 如图，手画了一下，我们将~Q与D相连，那么每次输入时钟信号时， ~Q都会翻转， ~Q和CLK通过一个同或门，输出到D触发器的时钟信号上，那么此时CLK的每次变化，都会使D触发器收到一个上升沿，而 ~Q翻转后又会将同或门的输出变回0，导致CLK每次变化都会在同或门的输出端产生一个脉冲信号，该脉冲信号是CLK的两倍。（也不知道这种电路设计出自哪儿，没找到出处）

2. 代码实现

module double_f(
input clk,
input rst,
output clk_out 
    );

reg Q;
wire XNOR_clk;
always@(posedge XNOR_clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
Q <= 0;
else
Q <= ~Q;
end

assign XNOR_clk = Q^clk;
assign clk_out =  Q^clk; //clk_out的频率是clk的两倍

endmodule

3.测试(testbench)

module test(

    );

reg rst;
reg clk;
wire clk_out;
wire clk_;
wire rst_;
reg Q;
initial
begin
rst = 1;
clk = 0;
#5
rst = 0;
#20
rst = 1;
end    


assign clk_ = clk;
assign rst_ = rst;    
always #5 clk = ~clk;

double_f f(
.clk(clk_),
.rst(rst_),
.clk_out(clk_out) 
    );
 
 always@(posedge clk_out or negedge rst) #由于clk_out的脉冲宽度特别小，所以我们用Q来捕获它的上升沿
 begin
 if(!rst)
Q <= 0;
else
Q <= ~Q;
 end
endmodule

仿真波形如图所示：

由于clk_out的脉冲是延时导致的，而一般FPGA的延时很短，因此clk_out的脉冲长度很短，Xilinx仿真结果不显示这么短的脉冲，为了方便观看，clk_out每经历一次上升沿，Q就改变一次，因此Q的频率是clk_out的1/2, 因此由图可知clk_out的频率是clk的两倍.