小白学懂分频器（二）

分频：简单来说，二分频后的方波一个周期为标准方波高低电平循环两个周期，四分频为4个周期。分频后的时钟周期为原来的n倍，即为n分频。
  频率和周期的关系：f=1/T

（1）简单的计数器

  计数器实质是对输入的驱动时钟进行计数，在某种意义上讲，等同于对时钟进行分频。
  下面举例来说明：假设寄存器位数为n，最大计数长度为2ⁿ(从0计数到N-1)的计数器。假设位数为3，从0开始依次计数为：000、001、010、011、100、101、110、111。一共计8个数，计满后下一次计数为000，开始循环计数。观察这几个数的最高位，00001111，每一个周期计数一次，共计8次，8个周期，8分频。次高位为00110011，4个周期完成循环，为4分频。最低位为01010101，2个周期完成循环，为2分频。最高位的输出为N=2^n分频，次高位为N/2分频。

module test#(parameter N=3)(
	input clk,
	input rst_n,
	output clk_div
);

	reg [N-1:0] div_reg ;//分频计数器
	always @(posedge clk or negedge rst_n)
    if (rst_n == 1'b0 )
        div_reg    <= 0 ;
    else
        div_reg    <= div_reg + 1'b1 ;

	assign clk_div = div_reg[N-1] ;


endmodule

  当n不是2的整数次幂时，如n为5，从0计数到n-1，其最高位作为时钟输出（占空比不一定为 50%），即从0计数到4后又返回0，那么需要定义一个三位的寄存器。寄存器的计数过程为：
000-001-010-011-100-000-001-010-011-100-000-001-010-011-100-000-001-010-011-100···
最高位为0-0-0-0-1-0-0-0-0-1，计数5次，5个周期，为5分频。但占空比不是50%。
可以看出：一个最大计数长度为N(从0计数到N-1)的计数器，其最高位的输出，是输入频率的N分频。
（2）偶数分频（50%占空比）
  当进行2、4、8（2的n次）分频时，输出2的n次最高位即为相应分频，并且占空比为50%，但6、10这样的分频，占空比就不是50%了，该怎么办呢？
  解决办法很简单，以6分频举例，当计数到3时，将时钟翻转，计数清零并重新计数。当n=6时，6/2=3，计算机计数从0开始，0、1、2、3共计数4次。

module test#(parameter N=6)(
input clk,
input rst_n,
output clk_div
);
reg div_reg ;
reg [N-1:0] div_cnt        ;//分频计数器
always @(posedge clk or negedge rst_n)
    if (rst_n == 1'b0 )begin
        div_cnt    <= 0 ;
        div_reg    <= 0 ;
    end
    else if(div_cnt == (N/2 - 1))begin
        div_cnt    <= 0;
        div_reg    <= ~div_reg ;
    end
    else
        div_cnt    <= div_cnt + 1'b1 ;

assign clk_div = div_reg ;
endmodule

（3）奇数倍分频

①占空比接近50%

  第一种方法与上面的类似，先将奇数变成偶数，再除以2，计数完成进行时钟翻转。此时得出的分频接近50%，N越大越趋近于50%。

②占空比50%

  一个周期的系统时钟可以分为一个高电平和低电平。假设目标为3分频，循环三次的话高低高低高低；假如我是说假如在高低高这三个阶段输出1，在地高低这三个阶段输出0，组成的新时钟刚好是占空比为50%的3分频时钟。
那我们该怎样实现呢？
  从上升沿开始计数到1（也就是上面系统时钟的高低），计数时输出1，完成后输出0，一直到计数到2时翻转。
从下降沿开始计数，计一个周期（也就是上面的低高），计数时输出1，完成后输出0，一直到计数为2时翻转。两个时钟相或，就可以得到想要的结果。如下图所示：

  第一个上升沿来临后，计数器从0开始自加1，同时输出1，第二个上升沿来临后，计数器值自加1，输出变为0，第三个上升沿来临计数为2，下一个上升沿来临时，计数器满足要求，开始翻转输出，这样循环。
下降沿采用同样思路编写代码。

module test#(parameter N=5)(//N分频
input clk,
input rst_n,
output clk_div
);

reg sig_r ;//定义一个上升沿翻转的信号
reg sig_f ;//定义一个下降沿翻转的信号
reg [N-1:0]    cnt_r;//上升沿计数器
reg [N-1:0]    cnt_f;//下降沿计数器

wire clk_f ;
assign clk_f = ~clk ;//用来触发下降沿计数器的时钟
                    //由于同时使用上升沿和下降沿触发器不好，因此我们为同一边沿，都使用上升沿触发
                    //只不过是将时钟进行反向

always @(posedge clk or negedge rst_n)begin//上升沿计数
    if(rst_n == 1'b0)begin
        sig_r    <= 0 ;
        cnt_r    <= 0 ;
    end else if( cnt_r == (N-1)/2 )begin
        sig_r    <= ~sig_r ;
        cnt_r    <= cnt_r + 1 ;
    end else if ( cnt_r == (N-1) )begin
        sig_r    <= ~sig_r ;
        cnt_r    <= 0 ;
    end else
        cnt_r    <= cnt_r + 1 ;
end

always @(posedge clk_f or negedge rst_n)begin//下降沿计数
    if(rst_n == 1'b0)begin
        sig_f    <= 0 ;
        cnt_f    <= 0 ;
    end else if( cnt_f == (N-1)/2 )begin
        sig_f    <= ~sig_f ;
        cnt_f    <= cnt_f + 1 ;
    end else if ( cnt_f == (N-1) )begin
        sig_f    <= ~sig_f ;
        cnt_f    <= 0 ;
    end else
        cnt_f    <= cnt_f + 1 ;
end

assign clk_div = sig_f || sig_r ;

endmodule

  结语：结合奇数部分和偶数部分，编写新的代码。
  新的代码如下所示：

module test #( parameter cfactor= 5)(
  input clk,
  input rst_n,
  output clk_div
);
reg clk_loc;
//reg [15:0] cnt;//allowed maximum clock division factor is 65536
reg [7:0] cnt;//allowed maximum clock division factor is 256

assign clk_div = (cfactor==1)? clk : clk_loc;
//assign clk_div = ((rst==1) || (cfactor==1))? clk : clk_loc;

always@(posedge clk or negedge rst_n)
  if(!rst_n)begin
    cnt <= 'd0;
    clk_loc = 1;
  end
  else begin
    cnt <= cnt + 1'b1;
    if(cnt==cfactor/2-1)
      clk_loc = 0;
    else if(cnt==cfactor-1) begin
      cnt <= 'd0;
      clk_loc = 1;
    end
  end

endmodule