本文首先介紹了各種分頻器的實現(xiàn)原理，并在FPGA開發(fā)平臺上通過VHDL文本輸入和原理圖輸入相結合的方式，編程給出了仿真結果。最后通過對各種分頻的分析，利用層次化設計思想，綜合設計出了一種基于FPGA的通用數(shù)控分頻器，通過對可控端口的調(diào)節(jié)就能夠?qū)崿F(xiàn)不同倍數(shù)及占空比的分頻器。

　　1.引言

　　分頻器是數(shù)字系統(tǒng)中非常重要的模塊之一，被廣泛應用于各種控制電路中。在實際中，設計人員往往需要將一個標準的頻率源通過分頻技術以滿足不同的需求。常見的分頻形式主要有：偶數(shù)分頻、奇數(shù)分頻、半整數(shù)分頻、小數(shù)分頻、分數(shù)分頻。在某些嚴格的情況下，還有占空比的要求。其中非等占空比的偶數(shù)分頻器和奇數(shù)分頻器其實現(xiàn)比較容易，但對于半整數(shù)分頻器和占空比為50%的奇數(shù)分頻器實現(xiàn)比較困難。

　　本文首先介紹了各種分頻器的實現(xiàn)原理，并結合VHDL硬件描述語言對其進行了仿真，最后提出一個可控的通用分頻器的設計方法，該方法可實現(xiàn)任意分頻，資源消耗低，具有可編程等優(yōu)點。

　　2.偶數(shù)分頻器

　　偶數(shù)分頻器比較簡單，即利用計數(shù)器對需要分頻的原始時鐘信號進行計數(shù)翻轉。

　　例如：要進行M=2N(N為自然數(shù))分頻，當計數(shù)值為0~k-1時，輸出高電平，當計數(shù)值為k-1~2N-1時輸出低電平，同時計數(shù)值復位，如此循環(huán)可實現(xiàn)任意占空比的偶數(shù)分頻，其中M和k為預置數(shù)，可根據(jù)分頻倍數(shù)和占空比的要求進行置數(shù)。如圖1所示，當k=N時，即可實現(xiàn)占空比為50%的偶數(shù)分頻。

　　圖1 占空比為50%的4分頻仿真結果

　　3.奇數(shù)分頻器

　　任意占空比的奇數(shù)分頻器的實現(xiàn)，其原理與偶數(shù)分頻器類似。但對于占空比為50%的任意奇數(shù)次分頻卻無法用上述相同的方法實現(xiàn)。

　　下面介紹一種常用的實現(xiàn)方法。

　　實現(xiàn)原理：采用兩個不同的邊沿觸發(fā)器(一個在上升沿和一個在下降沿)來實現(xiàn)，其細節(jié)在于實現(xiàn)1/2個原始時鐘周期的時間差。

　　如圖2所示，進行M=2N+1分頻時，k1是在clk上升沿且計數(shù)周期為M變化的信號。當計數(shù)器值為0~N時，k1保持低電平，計數(shù)值為N+1~2N時，k1保持高電平。

　　圖2 占空比為50%的5分頻仿真結果