基于FPGA的任意数值分频器实现方法

摘要

本发明属于电子设计自动化(EDA)领域，具体涉及通过FPGA芯片和VHDL编程语言实现任意数值分频器的一种方法。本发明的目的是这样实现的：以FPGA芯片为核心，加上矩阵键盘，成功设计出任意数值分频器；矩阵键盘用于分频系数和占空比的输入；FPGA芯片完成整数分频、小数分频和分数分频的设计与选择。由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：开发周期短、开发成本低、针对的分频需求多种多样，适合于解决不同的分频问题；整个设计只用了225个LE，大部分低廉的CPLD或者FPGA都可以实现；既可以实现整数分频，也可以实现小数分频和分数分频；不仅分频系数可以调节，占空比也可以调整。

主权项

1.一种基于FPGA的任意数值分频器实现方法，键盘和FPGA开发平台通过数据线相连，键盘部分由数字和字母组成，用来完成系数的选择与输入；FPGA开发平台部分完成分频工作，其中：m、j分别控制整数分频的分频系数和占空比；小数分频时m、n分别调整整数部分和小数部分；分数分频时j调整整数部分，而m、n用于调节分母和分子值；n1和n2用于调节分数和小数分频的占空比；y是频率输出端；具体实现的方法是：a、键盘输入模块：由4×4矩阵键盘组成，可以输入0～9，当A键按下时，输入的值给m，B键按下时输入的值给n，C键按下时输入的值给j，D键按下时输入的值给n1，E键按下时输入的值给n2，F键按下时输出清零；b、选择模块：当输入的二进制数control＝00时实现偶数和占空比不等于50％的奇数分频，control＝01时实现占空比为50％的奇数分频，control＝10和11时分别实现小数和分数分频；c、整数分频模块：此模块可以实现任意数值的偶数分频，占空比可以根据需要进行调节，也可以实现占空比不等于50％的奇数分频，主要采用计数器实现，分频系数和占空比均可以进行调节；d、占空比为50％的奇数分频模块：假设要实现占空比为50％的m＝2n+1分频，选择两个2n+1进制计数器控制两个中间时钟clk1和clk2，1号计数器在输入时钟clk的上升沿计数，2号计数器在clk的下降沿计数；当计数器1输出为0～n-1时clk1为1，输出为n～2n时clk1为0；计数器1输出为2n时计数器1清0，如此循环下去；clk2的实现类似于clk1，只是在clk的下降沿运作而已；最终输出的时钟clkout＝clk1+clk2；e、小数分频模块：小数分频器是通过可变分频和多次平均的方法得到的，假设要进行m.n分频，如果小数是一位小数，则总共要进行10次分频，总的规律是进行n次m+1分频，10-n次m分频；如果小数是2位，需要进行100次分频，分频的规律是进行n次m+1分频，100-n次m分频；以此类推可得到多位小数的分频规律；不管是几位小数总要进行两种系数的分频，两种分频究竟如何交差进行，可以根据一定的规律计算出来；下面以3.6分频为例进行讲解；3.6分频要进行6次4分频，4次3分频，将小数部分6按倍累加，假设累加的值为a，如果a小于10则进行3分频，a小于10的话下一次则加上6，此后如果a大于等于10则进行4分频，4分频过后再将累加值减去4后与10比较以决定下一次分频是4分频还是3分频；如此计算下去即可；f、分数分频模块：分数分频器的设计思想与小数分频器类似，假设进行分频，总分频次数由分母m决定，规律是进行n次j+1分频和m-n次j分频，两种分频交替进行的计算方法也和小数分频类似，分数分频的分频系数和占空比也可以根据需要任意调节。