用VHDL語言實現3分頻電路(占空比為2比1)

分頻器是FPGA設計中使用頻率非常高的基本設計之一，盡管在目前大部分設計中，廣泛使用芯片廠家集成的鎖相環資源，如altera 的PLL，Xilinx的DLL.來進行時鐘的分頻，倍頻以及相移。但是對于時鐘要求不高的基本設計，通過語言進行時鐘的分頻相移仍然非常流行，首先這種方法可以節省芯片內部的鎖相環資源，再者，消耗不多的邏輯單元就可以達到對時鐘操作的目的。另一方面，通過語言設計進行時鐘分頻，可以看出設計者對設計語言的理解程度。因此很多招聘單位在招聘時往往要求應聘者寫一個分頻器（比如奇數分頻）以考核應聘人員的設計水平和理解程度。下面講講對各種分頻系數進行分頻的方法：
第一，偶數倍分頻：偶數倍分頻應該是大家都比較熟悉的分頻，通過計數器計數是完全可以實現的。如進行N倍偶數分頻，那么可以通過由待分頻的時鐘觸發計數器計數，當計數器從0計數到N/2-1時，輸出時鐘進行翻轉，并給計數器一個復位信號，使得下一個時鐘從零開始計數。以此循環下去。這種方法可以實現任意的偶數分頻。
第二：奇數倍分頻：奇數倍分頻常常在論壇上有人問起，實際上，奇數倍分頻有兩種實現方法：首先，完全可以通過計數器來實現，如進行三分頻，通過待分頻時鐘上升沿觸發計數器進行模三計數，當計數器計數到鄰近值進行兩次翻轉，比如可以在計數器計數到1時，輸出時鐘進行翻轉，計數到2時再次進行翻轉。即是在計數值在鄰近的1和2進行了兩次翻轉。這樣實現的三分頻占空比為1/3或者2/3。如果要實現占空比為50%的三分頻時鐘，可以通過待分頻時鐘下降沿觸發計數，和上升沿同樣的方法計數進行三分頻，然后下降沿產生的三分頻時鐘和上升沿產生的時鐘進行相或運算，即可得到占空比為50%的三分頻時鐘。這種方法可以實現任意的奇數分頻。歸類為一般的方法為：對于實現占空比為50%的N倍奇數分頻，首先進行上升沿觸發進行模N計數，計數選定到某一個值進行輸出時鐘翻轉，然后經過（N-1）/2再次進行翻轉得到一個占空比非50%奇數n分頻時鐘。再者同時進行下降沿觸發的模N計數，到和上升沿觸發輸出時鐘翻轉選定值相同值時，進行輸出時鐘時鐘翻轉，同樣經過（N-1）/2時，輸出時鐘再次翻轉生成占空比非50%的奇數n分頻時鐘。兩個占空比非50%的n分頻時鐘相或運算，得到占空比為50%的奇數n分頻時鐘。另外一種方法：對進行奇數倍n分頻時鐘，首先進行n/2分頻（帶小數，即等于(n-1)/2+0.5），然后再進行二分頻得到。得到占空比為50%的奇數倍分頻。下面講講進行小數分頻的設計方法
第三，小數分頻：首先講講如何進行n+0.5分頻，這種分頻需要對輸入時鐘進行操作。基本的設計思想：對于進行n+0.5分頻，首先進行模n的計數，在計數到n-1時，輸出時鐘賦為‘1’，回到計數0時，又賦為0，因此，可以知道，當計數值為n-1時，輸出時鐘才為1，因此，只要保持計數值n-1為半個輸入時鐘周期，即實現了n+0.5分頻時鐘，因此保持n-1為半個時鐘周期即是一個難點。從中可以發現，因為計數器是通過時鐘上升沿計數，因此可以在計數為n-1時對計數觸發時鐘進行翻轉，那么時鐘的下降沿變成了上升沿。即在計數值為n-1期間的時鐘下降沿變成了上升沿，則計數值n-1只保持了半個時鐘周期，由于時鐘翻轉下降沿變成上升沿，因此計數值變為0。因此，每產生一個n+0.5分頻時鐘的周期，觸發時鐘都是要翻轉一次.

下面是根據上面思想寫的三分頻程序,1/3和50%占空比的程序.

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

--? Uncomment the following lines to use the declarations that are
--? provided for instantiating Xilinx primitive components.
--library UNISIM;
--use UNISIM.VComponents.all;

entity division3 is
? port (clk: in std_logic;
??????? out1: out std_logic);
end division3;

architecture Behavioral of division3 is
?signal division2,division4 :std_logic:='0';
?signal temp1,temp2:integer range 0 to 10;
?
begin
?p1:process(clk)
??begin
???if rising_edge(clk) then
????temp1<=temp1+1;

????if temp1=1 then
?????division2<='1';
????elsif temp1=2 then
?????? division2<='0';
?????temp1<=0;
????end if;
????? end if;
?end process p1;

?p2:process(clk)
??begin
??if clk'event and clk='0' then
????temp2<=temp2+1;
?????if temp2=1 then
??
??????division4<='1';
?????elsif temp2=2 then
??????division4<='0';
??????temp2<=0;
????end if;
??? end if;
?? end process p2;

?p3:process(division2,division4)
?begin
???out1<=division2 or division4;
?end process p3;
?
end Behavioral; (50%)

把上面的部分截取就可以得到異步的.