任意奇数倍时钟分频
描述
编写一个模块，对输入的时钟信号clk_in，实现任意奇数分频，要求分频之后的时钟信号占空比为50%。模块应包含一个参数，用于指定分频的倍数。
模块的接口信号图如下：
要求：使用Verilog HDL语言实现，并编写testbench验证模块的功能。
输入描述：
clk_in：输入时钟信号
rst_n：复位信号，低电平有效
输出描述：
clk_out：分频之后的时钟信号
解题思路
理解题意
根据题目要求，将输入的时钟信号进行任意奇数分频，并要求占空比为50%；以5分频为例：
由上图所示，clk_in为原始时钟，clk_out为五分频后的输出时钟。其中，clk_out与clk_in经过同一个时钟上升沿，在clk_in经过2.5周期时clk_out触发下降沿；clk_out的一个完整的时钟周期长度等于clk_in五个时钟周期的长度；
解题思路
①设置计数器，计数0~4；
代码如下：
//时钟上升沿采样计数
always @(posedge clk_in or negedge rst_n) beginif (!rst_n) cnt <= 'b0;else if (cnt == dividor-1) cnt <= 'b0;else cnt <= cnt + 'd1;
end②设置两个电平信号edge_rise和edge_fall；
其中，edge_rise为时钟上升沿触发，edge_fall为时钟下降沿触发，其中电平信号edge_rise和edge_fall将原时钟clk_in的5个时钟周期分为两个部分（即先经过2个时钟周期（第2个时钟周期）发生电平切换，再经过2个时钟周期（第4个时钟周期）再发生一次电平切换）；其波形如下所示：
由波形图可以发现，将edge_rise的波形图向右平移半个时钟周期就可得到edge_fall的波形图；
将edge_rise波形与edge_fall波形进行异或就可得到原始时钟的五分频电路；
代码如下：
//电平信号edge_rise
always @(posedge clk_in or negedge rst_n) beginif (!rst_n) egde_rise <= 'b0;else if (cnt == (dividor-1>>1)) egde_rise <= ~egde_rise; //(dividor-1)/2 = 2else if (cnt == dividor-1) egde_rise <= ~egde_rise; //dividor-1 = 4else egde_rise <= egde_rise;
end
//电平信号edge_fall
always @(negedge clk_in or negedge rst_n) beginif (!rst_n) egde_fall <= 'b0;else if (cnt == (dividor-1>>1)) egde_fall <= ~egde_fall; //(dividor-1)/2 = 2else if (cnt == dividor-1) egde_fall <= ~egde_fall; //dividor-1 = 4else egde_fall <= egde_fall;
endassign clk_out = egde_rise | egde_fall; PS：对于任意奇数N倍时钟分频，则电平信号edge_rise和edge_fall将原时钟clk_in的N个时钟周期先经过(N-1)/2时钟周期（第(N-1)/2个时钟周期）发生电平切换，再经过(N-1)/2个时钟周期（第N-1个时钟周期）发生电平切换；
③完整代码如下；
`timescale 1ns/1nsmodule clk_divider#(parameter dividor = 5)
( input clk_in,input rst_n,output clk_out
);
parameter cnt_width = $clog2(dividor); //$clog2()为取对数操作
reg [cnt_width:0] cnt;
reg egde_rise, egde_fall;//时钟上升沿采样计数
always @(posedge clk_in or negedge rst_n) beginif (!rst_n) cnt <= 'b0;else if (cnt == dividor-1) cnt <= 'b0;else cnt <= cnt + 'd1;
endalways @(posedge clk_in or negedge rst_n) beginif (!rst_n) egde_rise <= 'b0;else if (cnt == (dividor-1>>1)) egde_rise <= ~egde_rise; //(dividor-1)/2 = 2else if (cnt == dividor-1) egde_rise <= ~egde_rise; //dividor-1 = 4else egde_rise <= egde_rise;
endalways @(negedge clk_in or negedge rst_n) beginif (!rst_n) egde_fall <= 'b0;else if (cnt == (dividor-1>>1)) egde_fall <= ~egde_fall; //(dividor-1)/2 = 2else if (cnt == dividor-1) egde_fall <= ~egde_fall; //dividor-1 = 4else egde_fall <= egde_fall;
endassign clk_out = egde_rise | egde_fall; endmodule
