利用可编程器件实现小数分频

   在数字电路中，分频器是一种基本电路。分频器通常用来对某个给定频率进行分频，得到所需的频率。整数分频器的实现非常简单，可采用标准的计数器，也可采用可编程逻辑器件设计实现。在某些场合下，时钟源与所需的频率不成整数倍关系，此时可采用小数分频器进行分频。

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    例如：要实现分频系数为2.5的分频器，可采用以下方法：设计一个模为3的计数器，再设计一个脉冲扣除电路，加在模3计数器输出之后，每来两个脉冲就扣除一个脉冲，就可以得到分频系数为2.5的小数分频器。采用类似方法，可以设计分频系数为任意半整数的分频器。

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Y
 

    小数分频的基本原理是：采用脉冲吞吐计数，设计两个不同分频比的整数分频器，通过控制单位时间内两种分频比出现的次数，从而获得所需的小数分频值。例如，设计一个分频系数为10.1的分频器，可以将分频器设计成9次10分频，1次11分频，这样总的分频值为：

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    （9×10+1×11）/（9+1）=10.1   

x r1{!G0\r-R0 

    从这种实现方法的特点可以看出，由于分频器的分频值在不断改变，因此分频后得到的信号抖动大。

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    当分频系数为N-0.5（N为整数）时，可控制扣除脉冲的时间，使输出为一个稳定的脉冲频率，而不是一次N分频，一次N-1分频。

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    设需要设计一个分频系数为N-0.5的分频器，其电路可由一个模N计数器、二分频器和一个异或门组成，如图1所示：

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)~HY'en8~\q0 

     图1：小数分频原理图

9F _D.j:x-}e0 

(f5tw)`;d$HUt)d0 

    在实现时，模N计数器可设计成带预置的计数器，这样就可以实现任意分频系数为N-0.5的分频器。  

s!L~7GRDv0 

    VHDL程序：

uvZjP/o L0 

    library ieee;

&Xz*Co*Df6s0 

    use ieee.std_logic_1164.all;

EDA中国门户网站0LGKSsoo
 

    use ieee.std_logic_unsigned.all;

$^ofp/gy"l0 

    use ieee.std_logic_arith.all;

:c;p3P@x0 

    entity fen25 is

T$]/O5]c#CG!q
a0 

    port

EDA中国门户网站fZ6Y}fNMQ-?d%h
 

    (clk:in std_logic;

$Q3[E_(]@G?0 

     qout1:buffer std_logic; 

EDA中国门户网站cc0Z1l5~'i|-ix];h
 

     qout2:buffer std_logic; 

EDA中国门户网站jUJr h L_e,B+uu
 

     clkout:out std_logic

^.uh#Sg(wyp0R0 

    );

,m$S9B u]:Z0 

    end fen25;

0lEujhn,D0 

    architecture behave of fen25 is

d T2v%pr4b0 

    constant counter_len:integer:=3;                 --模参数设置

EDA中国门户网站/~$|l~7G~rp\
 

    signal clk_tem:std_logic;

EDA中国门户网站rB;IV%o&V4j\#p
 

    begin

\~5l3Jso.~Ax*d0 

    qout1<=clk xor qout2;                          --异或  

EDA中国门户网站"w ogDM8z
 

    process(qout1)                                 --模为3的计数器

EDA中国门户网站n.]p @#b9N9h
 

    variable cnt:integer range 0 to counter_len-1; 

EDA中国门户网站e
k9GF4x
 

    begin   

EDA中国门户网站 \J9DR"@ Np
 

      if qout1'event and qout1='1' then      

EDA中国门户网站0C.{hh7Fs
 

         if cnt=counter_len-1 then         

?9R W$wOT r$`2soI:M0 

            cnt:=0;         

EDA中国门户网站&H'HJ*g7U+c4k5M'J
 

            clk_tem<='1';         

EDA中国门户网站&J7~l^SI
 

            clkout<='1';      

EDA中国门户网站H u!t"|m2j4o
 

         else         

qo-VsY;i:G#d)h(~0 

            cnt:=cnt+1;         

EDA中国门户网站9@Imq5R
 

            clk_tem<='0';         

EDA中国门户网站7L$\;B1G8Q"}H
l
 

            clkout<='0';      

EDA中国门户网站!F.f ?7o%cTt%o B$o5D0?hp
 

         end if;   

%dfKv~1T8GGV3SR0 

      end if; 

-]^B+P-r+U)l~DP0 

    end process;   

EDA中国门户网站a-i9C^:t0^2gK;dz
 

    process(clk_tem)                               --二分频器 

2Z+F+Q+fX#[9uq0 

    variable tem:std_logic; 

L"r!Q
lF l0 

    begin   

}Dgy |@7tN,I^F-s0 

      if clk_tem'event and clk_tem='1' then      

EDA中国门户网站 s[t!Weoi
o
 

         tem:=not tem;   

EDA中国门户网站l~T tVo
 

      end if;   

kAAJAG8X0 

      qout2<=tem; 

EDA中国门户网站} j6G]S a G
 

    end process;  

EDA中国门户网站#l\N bC d+MM
 

    end behave;

(qWhlv#U nky0 

EDA中国门户网站7W{h"_S W{
 

     图2：生成的图形文件

a"g0N9Zb;XH E4N)\0 

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     图3：仿真波形