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1、2019/2/22,1,计算机计算机EDA设计实验教程,实验一 时钟分频电路,北航计算机学院 艾明晶,2019/2/22,2,内容概要,实验目的 实验要求 实验原理 实验内容 实验报告,2019/2/22,3,实验目的,了解时钟分频电路的原理。 掌握使用always块结构和if-else语句实现时序逻辑电路的方法。 掌握使用reg型变量实现同步计数器的方法。 掌握Verilog HDL语言中parameter常量及if语句的用法。 学习和掌握采用ModelSim软件进行功能仿真的方法。,2019/2/22,4,实验要求,设计两个时钟分频电路 输入信号 时钟信号clki 清零脉冲clr（高有效）
2、 输出信号 输出时钟信号clko （1）假设输入时钟周期为1ms，设计分频电路1，使输出时钟周期为10ms，并采用同步清零方式。 （2）假设输入时钟频率50MHz,设计分频电路2，使输出时钟周期为1ms，并采用异步清零方式。,2019/2/22,5,实验原理,时钟分频电路原理 异步二进制加法计数器 用n个T触发器，实现对输入时钟的2n分频。将低位触发器的输出，接到高一位触发器的CP端（下降沿触发时），最高位触发器的输出，即为对输入时钟的2n分频信号。,2019/2/22,6,实验原理,时钟分频电路原理 同步二进制加法计数器(推荐) 用n个T触发器，实现对输入时钟的2n分频。即第一级触发器的T1
3、=1；第二级触发器在第一级触发器为1时，再来计数脉冲才翻转，因此T2=Q1；第三级触发器在第一级、第二级触发器都为1时，再来计数脉冲才翻转，因此T3=Q2Q1；依此类推，第n级触发器的Tn=Qn-1 Q2Q1。最高位触发器的输出，即为对输入时钟的2n分频信号。,2019/2/22,7,如何实现非2n分频的整数分频？ 可使用reg型变量实现计数器的功能。用parameter常量设定计数器的宽度，当计数器的值达到此宽度时，计数器重新回到0状态，否则继续计数 。,reg3:0 count; parameter count_width=10; begin if(count = count_width-
4、1) count = 0; else count = count+1; end clkout=count3;,若电路没有特殊要求，可用加法计数器的最高位输出作为分频电路的输出；否则根据实际要求对分频电路的输出进行赋值。,2019/2/22,8,实验内容,用Verilog HDL语言设计(1ms-10ms)分频电路 1. 用加法计数器的最高位输出作为分频电路的输出。,2019/2/22,9,2. 修改程序，使输出时钟clko在计够10个数后才有一个正跳变。,采用非阻塞赋值语句。clkout只在计数值为9时为“1“,其他时候都为“0“；采用非阻塞赋值,clkout比count值正好滞后一个时钟周期
5、。,2019/2/22,10,3. 设计电路使输出时钟信号的前半周为低电平，后半周为高电平。,提示：当计数器计到分频系数的一半时，计数器清零; 且clkout翻转（clkout = clkout;） 。,2019/2/22,11,用Verilog HDL语言设计(20ns-1ms)分频电路 1. 用加法计数器的最高位输出作为分频电路的输出。,2019/2/22,12,2. 修改程序，使输出时钟clkout在计够50000个数 后才有一个正跳变。,2019/2/22,13,3. 采用ModelSim软件进行功能仿真,提示：在测试文件中时钟激励的周期设为20ns， 仿真结束时间设为3ms 。,2019/2/22,14,实验报告,在第一个分频电路中，三种方法的仿真波形有何不同？哪种波形更合理？ 仿真中是否出现竞争冒险？若有，如何解决？ 给出每种方法的时序仿真波形截图，并结合自己的设计思路加以说明。 同步清零与异步清零的实现方式有何区别？各适用于什么场合？ 思考与练习：利用10MHz的时钟，设计一个单周期形状如下图所示的周期波形。,