可控分频器&Modelsim仿真

简介

啥是分频器呢？首先我们知道如果有一个时钟信号$CLK$的波形如下：

那么我们定义一个$Q$，每当接收到时钟信号的上升沿，则变一次电平，那么就是这样：

这样我们就得到了$Q$的频率为$CLK$的一半。

而我们的试验箱中有一个频率为$50MHz$的时钟信号源，我们要做的就是通过分频，获得频率为学号后四位以及后五位的信号，对我来说就是$3035Hz$以及$13035Hz$。

此次实验需要使用$Modelsim$进行仿真。

过程

$50MHz=50\\times10^6Hz\\ 50\\times10^6\\div 3035 =16474\\16474\\div2=8237 $

那么我们用$Q$当作计数器，每接受$8237$次来自$CLK$的上升沿信号，$c0$就反转一次，测$c0$就约是$3035Hz$的频率了。

同时这次实验需要学会如何为$Modelsim$写仿真测试文件:

`timescale 10ns/1ns // 仿真时间单位/时间精度
initial 
	begin 
		clk = 0;    // 将clk置0
		en = 0;     // 使能信号
		#5          // 50ns时
		en = 1;     // 将使能端置1
	end
	
always#1 clk=~clk;  //每10ns clk翻转一次

通过这张图我们可以看到，$clk$确实每$10ns$翻转一次，且 $50ns$时$en$从$0$跳变至$1$。

代码

测试文件 $test\underline{}gal\underline{}3035\underline{}4.v$

`timescale 10ns/1ns
module test_gal_3035_4;
	reg clk;
	reg en;
	reg x;
	wire [13:0]Q;
	wire c0;
	
	initial 
	begin 
		clk = 0;
		en = 0;
		x = 0;
		#5
		en = 1;
		#1304923
		x = 1;
	end
	
	always#1 clk=~clk;
	
	gal_3035_4 test4(.clk(clk),.en(en),.Q(Q),.c0(c0),.x(x));

endmodule

分频器代码 $gal\underline{}3035\underline{}4.v$

module gal_3035_4(clk,c0,Q,en,x);     

    input clk,en,x;
    output c0,Q;
    reg[13:0] Q;
    reg c0 ;   //可为寄存器输出型

    always@(posedge clk or negedge en)
    begin
        if(!en)     
        begin      
            Q <= 0;
            c0 <= 0;
        end
        else if(!x)
                begin
                    if(Q == 8237)      
                    begin
                        c0 <= ~c0; //时钟翻转
                        Q<= 0;     //计数清零
                    end
                    else Q <= Q + 1;
                end
                else
                begin
                    if(Q >= 1918)    //这里要用>=，因为当x变成1时，可能Q是1918到8237之间的数
                    begin
                        c0 <= ~c0; //时钟翻转
                        Q<= 0;     //计数清零
                    end
                    else Q <= Q + 1;
                end
            
    end
    
endmodule

仿真波形

从上图可以看到在$13049230ns$之后$c0$的频率明显加快了，这里对应了测试文件第$17$行的x = 1。

放大一点去观察的话，插入两个$Cursor$，下图红圈圈出的数为两个$Cursor$之间的时间，即周期。

$T=329520ns\\f=\frac{1}{T}=3035Hz$

再看另一部分：

$T=76760ns\\f=\frac{1}{T}=13028Hz$

这里存在$10Hz$以内的误差。

引脚分配

$Family:Cyclone\ IV\ E\ \ \ \ \ \ \ \ Device:EP4CE22E22C8$

信号名	主板器件	PIN
co	LED0	46
clk	50MHz	90
en	KEY2	30
x	KEY1	31