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方案一,此方法為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,如果分頻系數(shù)N為偶數(shù),采用具有二狀態(tài)觸發(fā)的(J,K)觸發(fā)器或(D)觸發(fā)器即可實(shí)現(xiàn)所要(求的)分頻;如果分頻系數(shù)N為奇數(shù),根據(jù)公式fp=2f/2N,則先對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)倍頻,再進(jìn)行偶數(shù)分頻(占空比為50%)。
顯然這種方案不但設(shè)計(jì)復(fù)雜而且還大大降低了FPGA的工作頻率,所以這種方法只會(huì)在設(shè)計(jì)一些分頻系數(shù)較低且固定的場(chǎng)合下用到。
方案二,當(dāng)分頻系數(shù)N為偶數(shù)時(shí),計(jì)數(shù)器從0到N-1循環(huán)計(jì)數(shù),且計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)小于N/2時(shí)輸出1,計(jì)數(shù)大于等于N/2則輸出0;當(dāng)分頻系數(shù)N為奇數(shù)時(shí),計(jì)數(shù)器從0到N-1循環(huán)計(jì)數(shù),且計(jì)數(shù)器小于(N+1)/2時(shí)輸出0,計(jì)數(shù)等于(N+1)/2時(shí)則輸出0到1的跳變信號(hào),且此跳變信號(hào)必須在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的下降沿跳變(滿足50%占空比),計(jì)數(shù)大于(N+1)/2時(shí)則輸出1。
很明顯,采用這種方案沒(méi)有利用倍頻,可以充分利用器件的最高工作頻率,且輸出信號(hào)的占空比為50%。流程圖如下:
但是在現(xiàn)實(shí)中我們很快發(fā)現(xiàn)用單計(jì)數(shù)器根本不能實(shí)現(xiàn)對(duì)雙邊沿的探測(cè)。所以說(shuō)這個(gè)方案只能在理論上成立,實(shí)際上根本做不出來(lái)。
方案三,這里我們對(duì)方案二進(jìn)行了改進(jìn),采用雙計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)同樣的功能,這也是本設(shè)計(jì)的突破點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)所在。當(dāng)分頻系數(shù)N為偶數(shù)時(shí),方法同上;當(dāng)分頻系數(shù)N為奇數(shù)時(shí),采用雙計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。兩個(gè)計(jì)數(shù)器同時(shí)計(jì)數(shù),一個(gè)沿上升沿計(jì)數(shù),另一個(gè)則沿下降沿計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器從0到N-1循環(huán)計(jì)數(shù),且計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)小于(N-1)/2時(shí)輸出1,計(jì)數(shù)大于等于(N-1)/2則輸出0。在這樣的控制方式下,分頻后輸出的波形恰好相差1/2時(shí)鐘周期,將兩個(gè)波形進(jìn)行或(or)操作后,即可得到所要的波形(占空比50%)。下面是用這種方法進(jìn)行5分頻時(shí)的波形圖:
其中,clk1是兩計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘,p1是計(jì)數(shù)器1的輸出波形,p2是計(jì)數(shù)器2的輸出波形,q是最終的輸出波形。
可見(jiàn)經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)小小的技術(shù)改進(jìn),不但沒(méi)有增加設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,而且真正的實(shí)現(xiàn)了奇數(shù)分頻的等占空比。
因此在奇數(shù)的等空比分頻上我們最終選擇了方案三。
3.1.3 非等占空比的設(shè)計(jì)
由于非等占空比的分頻器設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單,現(xiàn)實(shí)的技術(shù)也很成熟,從科技創(chuàng)新本身來(lái)說(shuō),真正創(chuàng)新的內(nèi)容不多,所以在這里我們就不多加說(shuō)明。
下面介紹的一種非等占空比的分頻器是我們?cè)谧鲰?xiàng)目過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的一種比較有特點(diǎn)分頻器,其設(shè)計(jì)思想如下:
在一般的計(jì)數(shù)器中,參與計(jì)數(shù)(電平有變化)的計(jì)數(shù)器最高位的輸出波形就是以此計(jì)數(shù)器的模數(shù)為分頻系數(shù)的分頻器。由這一思想,只需根據(jù)輸入的分頻系數(shù)判斷出參與計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器最高位,把此計(jì)數(shù)器的此位波形輸出即可得到所要波形。如10進(jìn)制計(jì)數(shù)器,其最高位第四位的輸出波形是輸入波形的10分頻。波形圖如下:
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