基于FPGA的通用數(shù)控分頻器的設(shè)計與實現(xiàn)

　　k2與k1一樣，唯一不同的是：k2是在clk的下降沿變化。最后將k2與k1進(jìn)行或運(yùn)算即可得到占空比50%的任意奇數(shù)分頻器。

　　4.半整數(shù)分頻器

　　半整數(shù)分頻器原理如圖3所示[3].主要包括模M計數(shù)器，異或模塊和2分頻模塊三個部分。其設(shè)計思想是：通過異或門和2分頻模塊組成一個改變輸入頻率的脈沖添加電路，即在M-0.5個輸入信號周期內(nèi)產(chǎn)生M個計數(shù)脈沖，并將其中的一個計數(shù)脈沖的周期變?yōu)楹袃蓚€脈沖的周期。而這種改變的具體實現(xiàn)是將原始時鐘信號與2分頻模塊的輸出進(jìn)行異或。

　　圖3 半整數(shù)分頻器原理

　　另外，不難發(fā)現(xiàn)此原理圖還可以實現(xiàn)占空比為50%的2M-1倍的奇數(shù)分頻。當(dāng)M=3時，其仿真結(jié)果如圖4所示。原理圖的輸出端口q即為占空比為50%的5分頻，輸出端口C為2.5分頻。

　　圖4 半整數(shù)分頻器仿真結(jié)果

　　5.數(shù)控通用分頻器的實現(xiàn)

　　綜上，利用模N計數(shù)器、脈沖添加電路，以及控制模塊即可實現(xiàn)占空比可調(diào)的通用分頻器。在具體設(shè)計過程中可采用層次化的設(shè)計方法。首先，設(shè)計通用分頻器中各組成電路元件，然后通過元件例化的方法，調(diào)用各元件，實現(xiàn)通用分頻器。

　　圖5 通用分頻器原理圖

　　其中：

　　模N計數(shù)器的實現(xiàn)可以采用兩種方式：

　　一是調(diào)用L P M庫中的參數(shù)化的計數(shù)器模塊LPM_COUNTER，根據(jù)向?qū)?shù)進(jìn)行設(shè)置，QuartusII會生成相應(yīng)的。vdh計數(shù)文本。為了能夠調(diào)用計數(shù)文本，最后還需要利用VHDL語言對該計數(shù)文本設(shè)計一個例化程序，并將其設(shè)置為頂層文件。二是利用VHDL描述語言實現(xiàn)。

　　二分模塊是利用D觸發(fā)器來實現(xiàn)的，即將D觸發(fā)器的輸出信號Q反饋回來作為輸入信號，將模N計數(shù)器輸出信號的最高位作為D觸發(fā)器的時鐘信號。

　　其頂層原理圖如圖5所示。其中a為分頻模式選擇，當(dāng)a=00時進(jìn)行偶數(shù)分頻;當(dāng)a=01時進(jìn)行占空比為非50%奇數(shù)分頻;當(dāng)a=10時進(jìn)行占空比為50%的奇數(shù)分屏;當(dāng)a=11時進(jìn)行半整數(shù)分頻[2].端口M的作用是控制分頻數(shù)。端口K的作用是進(jìn)行偶數(shù)(M=2N)和奇數(shù)(M=2N+1)分頻時，調(diào)節(jié)占空比，當(dāng)k=N時，占空比為50%.

　　6.結(jié)論

　　本設(shè)計的最終目的是實現(xiàn)分頻器的通用性和實用性，本設(shè)計中控制端口M、K、以及計數(shù)器N的位寬均采用參數(shù)化設(shè)計思想，用戶根據(jù)需要對其稍加修改就可滿足不同的分頻需求，在一定程度上實現(xiàn)了通用性。