【VHDL】VHDL设计一个分频器

　

vhdl分频器

1. 实验任务

• 尝试用两种或以上方式设计并实现一个分频器

2. 如何实现

1. 二进制分频器的设计

   LIBRARY IEEE;
   USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
   use ieee.std_logic_unsigned.all;
   ENTITY DIV IS 
   generic (N:integer :=2);--进行2的N次幂分频
   PORT (fin:in std_logic;
   fout:out std_logic);
   end entity DIV;
   
   architecture behav of DIV is
   signal count :std_logic_vector(N-1 downto 0);
   begin
   process (fin) begin 
   if(fin'event and fin='1') then 
       count<=count+1;--计数值加一
       end if;
   end process;
   fout<=count(N-1);
   end ;

2. 偶分频器（占空比为50%）

   Library ieee;
   Use ieee.std_logic_1164.all;
   Use ieee.std_logic_unsigned.all;
   Use ieee.std_logic_arith.all;
   
   Entity fp is
     generic(N: integer:=6);      --rate=N，N是偶数
     port(
           clkin: IN std_logic;
           clkout: OUT std_logic
           );
   End fp;
   Architecture a of fp is
     signal cnt: integer range 0 to n-1;
   Begin
     process(clkin)  --计数
     begin
         if(clkin'event and clkin='1') then
             if(cnt<n-1) then
                 cnt <= cnt+1;
             else
                 cnt <= 0;
             end if;
         end if;
     end process;
   
     process(cnt)  --根据计数值，控制输出时钟脉冲的高、低电平
     begin
         if(cnt<n/2) then
             clkout <= '1';
         else
             clkout <= '0';
         end if;
     end process;
   
   End a;

3. 奇分频器（占空比为50%）

   Library ieee;
   Use ieee.std_logic_1164.all;
   Use ieee.std_logic_unsigned.all;
   Use ieee.std_logic_arith.all;
   
   Entity fp is
     generic(N: integer:=5);        --rate=N，N是奇数
     port(
           clkin: IN std_logic;
           clkout: OUT std_logic
           );
   End fp;
   architecture a of fp is
     signal cnt1, cnt2: integer range 0 to N-1;
   begin
     process(clkin)
     begin
         if(clkin‘event and clkin=’1‘) then  --上升沿计数
             if(cnt1<N-1) then
                 cnt1 <= cnt1+1;
             else
              cnt1 <= 0;
          end if;
         end if;
     end process;
     process(clkin)
     begin
       if(clkin‘event and clkin=’0‘) then  --下降沿计数
           if(cnt2<N-1) then
               cnt2 <= cnt2+1;
           else
            cnt2 <= 0;
           end if;
       end if;
     end process;
   
     clkout <= '1' when cnt1<(N-1)/2 or cnt2<(N-1)/2 else
                     '0';
   
   end a;
   

4. 使用LPM 和绘图方式来实际N分频器

   选择Tools中的MegaWizard Plug-In Manager命令，选择Creat a new custom megafunction variation，定制一个新的模版，在左侧栏中选择算术项Arthmetic下的LPM_COUNTER，进而一步步配置，得到一定位数，预制功能可定制的LPM计数器。

   

   

   二进制分频器可视作一个n位的计数器和一个D触发器相连接，当计数器溢出时，D触发器翻转，从而构成分频器。

   LPM_COUNTER配置好之后，可以编写D触发器，或者使用系统提供的D触发器。

   最后通过原件例化语句或者画图的方式将两者连接在一起。

   • D触发器

   LIBRARY IEEE;
   USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
   
   ENTITY DDFF IS
   PORT (CLK_D,D:IN STD_LOGIC;
             Q:OUT STD_LOGIC);
   END;
   
   ARCHITECTURE bhv OF DDFF IS
   SIGNAL Q1:STD_LOGIC;
   BEGIN 
   PROCESS (CLK_D,Q1) BEGIN
           IF CLK_D'EVENT AND CLK_D='1' THEN Q1<=D;
           END IF;
   END PROCESS;
   Q<=Q1;
   END bhv;

   • LPM_COUNTER（具有同步加载、异步清零、加减控制）N进制计数器

   LIBRARY IEEE;
   USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
   use ieee.std_logic_unsigned.all;
   ENTITY CNT4BIT IS 
   generic (N:integer :=4);--进行2的N次幂分频
   PORT (
   CLK,RST,ENA,SLD,UD:IN STD_LOGIC;
   DIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
   COUT:OUT STD_LOGIC;
   DOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));
   END ENTITY CNT4BIT;
   
   ARCHITECTURE behav OF CNT4BIT IS
   SIGNAL TRANS :STD_LOGIC;
   
   component LPM_MD 
   port(
   aclr,clk_en,clock,sload,updown:in std_logic;
   data:in std_logic_vector(3 downto 0);
   cout:out std_logic;
   q:out std_logic_vector(3 downto 0));
   end component;
   
   component DDFF
   PORT (CLK_D,D:IN STD_LOGIC;
             Q:OUT STD_LOGIC);
   END component ;
   
   begin 
   U1:LPM_MD PORT MAP(sload=>SLD,
   clk_en=>ENA,
   aclr=>RST,
   cout=>TRANS,
   clock=>CLK,
   data=>DIN,
   updown=>UD,
   q=>DOUT);
   
   U2:DDFF port map(
   CLK_D=>CLK,
   D=>TRANS,
   Q=>COUT
   );
   
   END ARCHITECTURE behav;

3. 实验结果

• 仿真波形图

• LPM_DIV（16分频分频器）

  

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