簡單組合時序電路設(shè)計

要求： 完成占空比(高電平占一個時鐘周期的比例)為0.25的8分頻電路模塊的Verilog設(shè)計，并且設(shè)計一個仿真測試用的Verilog程序，從時序上驗(yàn)證分頻電路模塊的正確性。

整數(shù)分頻器的設(shè)計原理

1.1 偶數(shù)倍分頻

偶數(shù)分頻器的實(shí)現(xiàn)非常簡單，通過計數(shù)器計數(shù)就完全可以實(shí)現(xiàn)。如進(jìn)行N倍偶數(shù)分頻，就可以通過由待分頻的時鐘觸發(fā)計數(shù)器計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器從0計數(shù)到N/2-1時，輸出時鐘進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，并給計數(shù)器一個復(fù)位信號，以使下一個時鐘從零開始計數(shù)。以此循環(huán)，就可以實(shí)現(xiàn)任意的偶數(shù)分頻。

1.2 奇數(shù)倍分頻

奇數(shù)倍分頻有兩種實(shí)現(xiàn)方法，其中之一完全可以通過計數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，如進(jìn)行三分頻，就可通過待分頻時鐘上升沿觸發(fā)計數(shù)器來進(jìn)行模三計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到鄰近值時進(jìn)行兩次翻轉(zhuǎn)。比如可以在計數(shù)器計數(shù)到1時，輸出時鐘進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，計數(shù)到2時再次進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。這樣，就在計數(shù)值鄰近的1和2進(jìn)行了兩次翻轉(zhuǎn)。如此便實(shí)現(xiàn)了三分頻，其占空比為1/3或2/3。

如果要實(shí)現(xiàn)占空比為50%的三分頻時鐘，則可通過待分頻時鐘下降沿觸發(fā)計數(shù)，并以和上升沿同樣的方法計數(shù)進(jìn)行三分頻，然后對下降沿產(chǎn)生的三分頻時鐘和上升沿產(chǎn)生的時鐘進(jìn)行相或運(yùn)算。即可得到占空比為50%的三分頻時鐘。這是奇數(shù)分頻的第三種方法。這種方法可以實(shí)現(xiàn)任意的奇數(shù)分頻。如將其歸類為一般的方法：對于實(shí)現(xiàn)占空比為50%的N倍奇數(shù)分頻，首先要進(jìn)行上升沿觸發(fā)以進(jìn)行模N計數(shù)，計數(shù)選定到某一個值再進(jìn)行輸出時鐘翻轉(zhuǎn)，然后過(N-1)/2再次進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，就可得到一個占空比為50%的奇數(shù)n分頻時鐘。再同時進(jìn)行下降沿觸發(fā)的模N計數(shù)，當(dāng)其到達(dá)與上升沿觸發(fā)輸出時鐘翻轉(zhuǎn)選定值相同時，再進(jìn)行輸出時鐘翻轉(zhuǎn)，同樣，經(jīng)過(N-1)/2時，輸出時鐘再次翻轉(zhuǎn)以生成占空比為50%的奇數(shù)n分頻時鐘。將這兩個占空比為50%的n分頻時鐘相或運(yùn)算，就可以得到占空比為50%的奇數(shù)n分頻時鐘。

3、 實(shí)驗(yàn)步驟和程序

`TImescale 1ns / 1ps

module odd_division(clk，rst，count，clk_odd);

input clk，rst;

output clk_odd;

output[3:0] count;

reg clk_odd;

reg[3:0] count;

parameter N = 8;

always @ (posedge clk)

if(! rst)

begin

count 《= 1‘b0;

clk_odd 《= 1’b0;

end

else

if ( count 《 N/4-1)

begin

count 《= count + 1‘b1;

clk_odd 《= 1’b1;

end

else if (count 《 N/2-1)

begin

count 《= count + 1‘b1;

clk_odd 《= 1’b0;

end

else

begin

count 《= 1‘b0;

end

endmodule

test file：

`TImescale 1ns / 1ps

module test2;

// Inputs

reg clk;

reg rst;

// Outputs

wire [3:0] count;

wire clk_odd;

odd_division uut (

.clk(clk)，

.rst(rst)，

.count(count)，

.clk_odd(clk_odd)

);

always #10 clk=~clk;

iniTIal begin

clk = 0;

rst = 0;

#100;

#10 rst=1;

end

endmodule

4、 測試數(shù)據(jù)記錄和結(jié)果分析

5、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論和體會

注意事項(xiàng)：

1.請獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)和報告，紙質(zhì)報告每周交一次。

2.每次實(shí)驗(yàn)時請在C盤根目錄中創(chuàng)建一個以本人班級學(xué)號如BX10040322命名的文件夾，在這文件夾下創(chuàng)建工程，最后壓縮這個文件夾并上傳后刪除。

3.實(shí)驗(yàn)成績分為兩部分：一為實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場操作分(包括程序編寫、得出結(jié)論等)，二為報告分。

4.實(shí)驗(yàn)步驟和程序分為三部分：一為基本步驟，二為程序流程圖(也可以為算法的文字或公式說明)或狀態(tài)圖，三為程序源代碼(可以不用全寫，只寫出關(guān)鍵部分的程序)及其說明。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論和體會：一為實(shí)驗(yàn)結(jié)論，二為討論當(dāng)前設(shè)計的不足及其改進(jìn)設(shè)想。

6.測試數(shù)據(jù)記錄和結(jié)果分析：Verilog程序綜合出來的RTL圖(電路很復(fù)雜時不做要求);時序仿真結(jié)果(必備)，可以抓圖后打印出來貼在報告上，但必須對圖里的結(jié)果有詳細(xì)的文字說明。可參考以下案例格式寫

圖1比較器模塊RTL圖

圖1為程序綜合出來的四個比較器的RTL圖，當(dāng)計數(shù)值小于ROM數(shù)據(jù)時，比較器輸出高電平;當(dāng)計數(shù)值大于ROM數(shù)據(jù)時，比較器則輸出低電平。比較器的輸出為步進(jìn)的四相輸入端提供PWM波形，從而達(dá)到PWM控制。

比較器的輸入端：

a：對應(yīng)PWM _ROM模塊的輸出信號。

b：對應(yīng)十六進(jìn)制計數(shù)器(PWM計數(shù)器)的輸出信號。

比較器的輸出端：

agb：輸出a端信號與b端信號的比較值。

圖2比較器模塊仿真波形圖

仿真結(jié)果說明：

當(dāng)a端信號大于b端信號時，比如a為15而b為0時，輸出端agb輸出高電平信號“1”;反之，輸出端agb輸出低電平信號“0”。