分频器VHDL描述

在数字电路中，常需要对较高频率的时钟进行分频操作，得到较低频率的时钟信号。我们知道，在硬件电路设计中时钟信号时非常重要的。
    下面我们介绍分频器的VHDL描述，在源代码中完成对时钟信号CLK的2分频，4分频，8分频，16分频。
LIBRARY  IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY  clkdiv  IS
         PORT(clk        : IN STD_LOGIC;
     clk_div2    : OUT STD_LOGIC;
     clk_div4    : OUT STD_LOGIC;
     clk_div8    : OUT STD_LOGIC;
     clk_div16   : OUT STD_LOGIC);
END clk_div;

ARCHITECTURE rtl OF clk_div IS
      SIGNAL  count : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
BEGIN
      PROCESS(clk)
      BEGIN
         IF (clk’event AND clk=’1’) THEN
            IF(count=”1111”) THEN
              Count <= (OTHERS =>’0’);
            ELSE
              Count <= count +1;
            END IF ;
         END IF ;
  END PROCESS;

clk_div2 <= count(0);
  clk_div4 <= count(1);
  clk_div8 <= count(2);
  clk_div16 <= count(3);
END rtl;

对于分频倍数不是2的整数次幂的情况，我们只需要对源代码中的计数器进行一下计数控制就可以了，如下面源代码描述一个对时钟信号进行6分频的分频器。

ENTITY  clkdiv  IS
         PORT(clk        : IN STD_LOGIC;
     clk_div6    : OUT STD_LOGIC);
END clk_div;

ARCHITECTURE rtl OF clk_div IS
      SIGNAL  count     : STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);
      SIGNAL  clk_temp  : STD_LOGIC;

BEGIN
      PROCESS(clk)
      BEGIN
         IF (clk’event AND clk=’1’) THEN
            IF(count=”10”) THEN
              count <= (OTHERS =>’0’);
     clk_temp <=NOT clk_temp;
            ELSE
              count <= count +1;
            END IF ;
         END IF ;
  END PROCESS;

clk_div6 <= clk_temp;
  
END rtl;

前面两个分频器的例子描述的将时钟信号进行分频，分频后得到的时钟信号的占空比为1：1。在进行硬件设计的时候，往往要求得到一个占空比不是1：1的分频信号，这时仍采用计数器的方法来产生占空比不是1：1的分频信号。下面源代码描述的是这样一个分频器：将输入的时钟信号进行16分频，分频信号的占空比为 1：15，也就是说，其中高电位的脉冲宽度为输入时钟信号的一个周期。
LIBRARY  IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY  clkdiv  IS
         PORT(clk        : IN STD_LOGIC;
     clk_div16   : OUT STD_LOGIC);
END clk_div;

ARCHITECTURE rtl OF clk_div IS
      SIGNAL  count : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
BEGIN
      PROCESS(clk)
      BEGIN
         IF (clk’event AND clk=’1’) THEN
            IF(count=”1111”) THEN
              Count <= (OTHERS =>’0’);
            ELSE
              Count <= count +1;
            END IF ;
         END IF ;
  END PROCESS;

PROCESS(clk)
      BEGIN
         IF (clk’event AND clk=’1’) THEN
            IF(count=”1111”) THEN
              Clk_div16 <= ‘1’;
            ELSE
              Clk_div <= ‘0’;
            END IF ;
         END IF ;
  END PROCESS;
  
END rtl;

对于上述源代码描述的这种分频器，在硬件电路设计中应用十分广泛，设计人员常采用这种分频器来产生选通信号、中断信号和数字通信中常常用到的帧头信号等