VL37 偶数分频

题目介绍

请使用D触发器设计一个同时输出2/4/8分频的50%占空比的时钟分频器；注意rst为低电平复位。

信号示意图：

波形示意图：

输入描述：

输入信号 clk_in、rst
类型 wire

输出描述：

输出信号 clk_out2、clk_out4、clk_out8
类型  wire

思路分析

题目中说要使用D触发实现分频，我们在此基础上再写另一种实现方法。

1、d触发器实现

信号clk_out2在时钟信号clk_in上升沿时进行状态翻转，从而实现二分频。那么四分频、八分频原理类似，输出信号分别在时钟信号clk_out2、clk_out4的上升沿时进行状态翻转。

2、计数器实现

首先，定义一个3位宽的计数器信号cnt，然后使其在从clk_in上升沿时进行计数，计数范围为1-4。其次，二分频clk_out2、四分频clk_out4、八分频clk_out8等输出信号分别选择合适的计数值进行翻转，从而实现分频。例如，八分频clk_out8在cnt=1时进行翻转，四分频clk_out4在cnt=1和cnt=3时进行翻转，二分频clk_out2在cnt值为1、2、3、4时进行翻转。

代码实现

方法1：

//*************cnt实现***********//	
/*
reg [2:0] cnt;
reg clk_div2;
reg clk_div4;
reg clk_div8;
always @(posedge clk_in or negedge rst)begin
	if(!rst)
		cnt <= 3'b0;
	else if(cnt == 3'd4)
		cnt <= 3'b1;
	else	
		cnt <= cnt + 1'b1;
end
//可以合在一个always块里，也可以拆开写;
always @(posedge clk_in or negedge rst)begin
	
	//二分频
	if(!rst)
		clk_div2 <= 1'b0;
	else if(cnt == 3'd1 || cnt == 3'd2 || cnt == 3'd3 || cnt == 3'd4)
		clk_div2 <= ~clk_div2;
	else 
		clk_div2 <= clk_div2;
	//四分频
	if(!rst)
		clk_div4 <= 1'b0;
	else if(cnt == 3'd1 || cnt == 3'd3)
		clk_div4 <= ~clk_div4;
	else 
		clk_div4 <= clk_div4;
	//八分频
	if(!rst)
		clk_div8 <= 1'b0;
	else if(cnt == 3'd1)
		clk_div8 <= ~clk_div8;
	else 
		clk_div8 <= clk_div8;
end
assign clk_out2 = clk_div2;
assign clk_out4 = clk_div4;
assign clk_out8 = clk_div8;
*/
//*************cnt实现***********//

方法2：

//*************D触发器实现***********//
 
reg clk_div2;
reg clk_div4;
reg clk_div8;
 
always @(posedge clk_in or negedge rst)begin
	if(!rst)
		clk_div2 <= 1'b0;
	else
		clk_div2 <= ~clk_div2;
end
 
always @(posedge clk_out2 or negedge rst)begin
	if(!rst)
		clk_div4 <= 1'b0;
	else
		clk_div4 <= ~clk_div4;
end
 
always @(posedge clk_out4 or negedge rst)begin
	if(!rst)
		clk_div8 <= 1'b0;
	else
		clk_div8 <= ~clk_div8;
end
 
assign clk_out2 = clk_div2;
assign clk_out4 = clk_div4;
assign clk_out8 = clk_div8;
 
//*************D触发器实现***********//

仿真文件

仿真图：

VL40 奇数分频（占空比50%）

题目介绍

设计一个同时输出7分频的时钟分频器，占空比要求为50%，注意rst为低电平复位；

信号示意图：

波形示意图：

输入描述：

输入信号 clk_in rst
类型 wire

输出描述：

输出信号  clk_out7
类型  wire

思路分析

        实现7分频且占空比为50%，也就是高低电平分别为3.5个时钟周期。可以用2个7分频计数器（计数时钟沿一个是posedge，一个是negedge）来产生2个信号（高电平为3个clk、低电平为4个clk），然后 对2个相位差半个时钟周期的信号进行或运算实现占空比为50%的7分频输出信号。

代码实现

利用2个7分频计数器实现；一个是上升沿跳变，一个是下降沿跳变。

注：

问：关于为啥这两个计数器的技术状态是1、2、3、4、5、6、7；而不是0、1、2、3、4、5、6？

答：是因为复位时，计数器的初始状态为0，已经占据一个0状态。严格来说，不应该再用这个状态了。

仿真文件

仿真图：

VL42 奇数分频（任意无占空比）

题目介绍

请设计一个同时输出5分频的时钟分频器，本题对占空比没有要求；

注意rst为低电平复位

信号示意图：

波形示意图：图放的是50%占空比的。

输入描述：

输入信号 clk_in rst
类型 wire

输出描述：

输出信号  clk_out5
类型  wire

思路分析

这道题比占空比50%的奇数分频要简单很多，而且答案并不唯一。不过Testbench只限定了一种分频结果，实测高3低2会出错。并且题目要求同时输出，也就是说输入拉高时输出也要拉高，思路是设置一个计数器cnt，计数范围0-4，每个clk_in周期加1。所以在计数器为0时就开始翻转，以及在2时也进行翻转

代码实现

reg [2:0] 	cnt_pose;
reg 		div_pose3;
 
//计数器
always @(posedge clk_in or negedge rst)begin
	if(!rst)
		cnt_pose <= 1'b0;
	else if(cnt_pose == 3'd4)
		cnt_pose <= 1'b0;
	else
		cnt_pose <= cnt_pose + 1'b1;
end
 
 
//高电平3个 低电平2个牛客网才判定正确，所以为了过关，只能这样了。
always @(posedge clk_in or negedge rst)begin
	if(!rst)
		div_pose3 <= 1'b0;
	else if(cnt_pose == 3'd2 || cnt_pose == 3'd0)
		div_pose3 <= ~div_pose3;
	else
		div_pose3 <= div_pose3;
end
 
assign clk_out5 = div_pose3;

仿真文件

VL41 任意小数分频

题目介绍

请设计一个可以实现任意小数分频的时钟分频器，比如说8.7分频的时钟信号；

注意rst为低电平复位

提示：其实本质上是一个简单的数学问题，即如何使用最小公倍数得到时钟周期的分别频比。设小数为nn，此处以8.7倍分频的时钟周期为例。首先，由于不能在硬件上进行小数的运算（比如2.1个时钟这种是不现实的，也不存在3.3个寄存器），小数分频不能做到分频后每个时钟周期都是源时钟的nn倍，也无法实现占空比为1/2，因此，考虑小数分频，其实现方式应当为53个clkout时钟周期是10个clkin时钟周期的8.7倍。

信号示意图：

波形示意图：

输入描述：

输入信号 clk_in rst
类型 wire

输出描述：

输出信号  clk_out
类型  wire

思路分析

“Leonico”大佬写的很好，就直接引用了。牛客网的讲解链接：任意小数分频_牛客题霸_牛客网

代码实现

仿真文件

波形图：