基于CPLD的任意整數(shù)半整數(shù)分頻器設(shè)計(jì)

0 引言

在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需要，經(jīng)常會遇到偶數(shù)分頻、奇數(shù)分頻、半整數(shù)分頻等，有的還要求等占空比。在基于cpld（復(fù)雜可編程邏輯器件）的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，很容易實(shí)現(xiàn)由計(jì)數(shù)器或其級聯(lián)構(gòu)成各種形式的偶數(shù)分頻及非等占空比的奇數(shù)分頻，但對等占空比的奇數(shù)分頻及半整數(shù)分頻的實(shí)現(xiàn)較為困難。
本文利用vhdl（甚高速集成電路硬件描述語言），通過quartus ⅱ 4.2開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)等占空比的整數(shù)和近似等占空比的半整數(shù)分頻器，這種設(shè)計(jì)方法原理簡單，而且只需很少的cpld邏輯宏單元。
1 設(shè)計(jì)原理
系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

根據(jù)不同分頻系數(shù)設(shè)置適當(dāng)?shù)挠?jì)數(shù)器周期，每個(gè)計(jì)數(shù)值對應(yīng)輸入時(shí)鐘信號fi的一個(gè)周期，讓q0只在fi的上升沿及適當(dāng)?shù)挠?jì)數(shù)范圍內(nèi)產(chǎn)生高電平，最后將q0和q1進(jìn)行邏輯或操作，進(jìn)而得到所需的分頻信號fo。q1的作用是在奇數(shù)分頻中補(bǔ)足下降沿處半個(gè)時(shí)鐘周期，使其等占空比，以及在半整數(shù)分頻中，在時(shí)鐘下降沿處產(chǎn)生分頻信號的上升沿，以實(shí)現(xiàn)半整數(shù)分頻。

下面介紹如何確定計(jì)數(shù)器周期以及q0、q1產(chǎn)生高電平輸出時(shí)各自的計(jì)數(shù)范圍。為敘述方便，現(xiàn)規(guī)定如下標(biāo)記：分頻系數(shù)為divide（max downto 0），其中max是分頻數(shù)對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)的最高位，對于半整數(shù)分頻，最低位即第0位為小數(shù)位；q 0_count和q1_count分別為q0和q1產(chǎn)生高電平的計(jì)數(shù)范圍，并記divide（max downto 1）為a，divide（max downto 2）為b，divide（max downto 0）－1為c。

1.1 偶數(shù)及奇數(shù)分頻

計(jì)數(shù)器周期都為0到c。等占空比的偶數(shù)分頻很容易實(shí)現(xiàn)，在此不加敘述。對奇數(shù)分頻，只需當(dāng)q0_count＜a時(shí)q0輸出高電平，當(dāng)q1_count＝a－1時(shí)q1輸出一個(gè)周期的高電平，其他情況下q0和q1都為低電平，然后把q0和q1邏輯或，所得的輸出fo就是所需的基數(shù)分頻時(shí)鐘信號。

1.2 半整數(shù)分頻

計(jì)數(shù)器周期為0到c。如果整數(shù)部分是偶數(shù)，只需當(dāng)q0_count＜b時(shí)q0輸出高電平，當(dāng)b≤q1_count＜a＋b時(shí)q1輸出高電平，其他情況下，q0和q1都為低電平；如果整數(shù)部分是奇數(shù)，只需當(dāng)q0_coun≤b時(shí)q0輸出高電平，當(dāng)b≤q1_count≤a＋b輸出高電平，其他情況下q0和q1都為低電平，然后把q0和q1邏輯或所得輸出f0即所需的半整數(shù)分頻時(shí)鐘信號。

2 仿真結(jié)果及硬件電路測試

根據(jù)上面的原理，利用quartus ⅱ 4.2開發(fā)的7分頻和7.5分頻的仿真波形如圖2和圖3所示。

只要稍微修改程序，即可實(shí)現(xiàn)任意整數(shù)和半整數(shù)分頻。
本設(shè)計(jì)在altera公司的epm7064slc84－10構(gòu)成的一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試通過，性能良好。
3 結(jié)束語
本分頻方法原理簡單，具有一定的通用性，而且使用的cpld邏輯宏單元數(shù)較少，如在epm7064中，上面仿真的兩個(gè)分頻器均只用7個(gè)邏輯宏單元。