????????大家好我是酸菜魚(yú)，這個(gè)系列著重講解數(shù)字ic或FPGA實(shí)習(xí)面試及秋招面試的高頻手撕代碼題。

往期題目：

數(shù)字IC手撕代碼-分頻器（任意偶數(shù)分頻，任意奇數(shù)分頻，任意小數(shù)分頻）----分頻大師 - 嗶哩嗶哩 (bilibili.com)

數(shù)字IC手撕代碼-序列檢測(cè)（狀態(tài)機(jī)寫(xiě)法） - 嗶哩嗶哩 (bilibili.com)

數(shù)字IC手撕代碼-序列檢測(cè)（移位寄存器寫(xiě)法） - 嗶哩嗶哩 (bilibili.com)

什么是分頻

? ? ? ? 分頻就是生成一個(gè)新時(shí)鐘，該新時(shí)鐘的頻率是原有時(shí)鐘頻率的整數(shù)分之一倍，新周期是原有周期的整數(shù)倍。

? ? ? ? 再簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，讓你手撕一個(gè)四分頻電路，就是寫(xiě)代碼生成一個(gè)周期是原來(lái)四倍的時(shí)鐘，如果手撕一個(gè)三分頻電路，就是寫(xiě)代碼生成一個(gè)周期是原來(lái)三倍的時(shí)鐘。

如上圖所示，就是一個(gè)四分頻電路的波形，四分頻后，新的clk_out的頻率是原來(lái)的1/4，也即周期是原來(lái)的4倍，從圖中可以看到，clk每過(guò)4個(gè)周期，clk_out過(guò)1個(gè)周期。

奇數(shù)分頻?

????????先易后難，拿三分頻舉例再推廣到任意奇數(shù)分頻。怎么寫(xiě)一個(gè)三分頻呢？一個(gè)占空比不是50%的三分頻是好寫(xiě)的，同樣利用一個(gè)cnt變量對(duì)上升沿計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如實(shí)現(xiàn)占空比為1/3的三分頻，那么只要數(shù)一個(gè)上升沿，輸出高電平，數(shù)兩個(gè)上升沿輸出低電平就能解決。?

? ? ? ? 代碼如上，除去rstn信號(hào)操作外，其實(shí)寫(xiě)一個(gè)三分頻就幾行，容易出錯(cuò)的點(diǎn)是：什么時(shí)候把 clk_out 拉高，什么時(shí)候把 clk_out 拉低，才能實(shí)現(xiàn)題目要求的占空比？！

? ? ? ? 最不容易出錯(cuò)的方法，就是自己畫(huà)波形，畫(huà)出波形后，自己多演算幾個(gè)周期，剛開(kāi)始寫(xiě)要畫(huà)畫(huà)波形，之后熟練了可能在腦子里過(guò)一下就知道寫(xiě)多少，所以還不熟悉的情況下不要偷懶，畫(huà)波形，就像下面貼出的波形圖一樣，寫(xiě)出計(jì)數(shù)器 cnt 的值以及對(duì)應(yīng)的波形走勢(shì)就不會(huì)出錯(cuò)。

? ? ? ? 那么如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)占空比50%的三分頻呢？

? ? ? ? 答：將一個(gè)占空比1/3 上升沿采樣的三分頻和一個(gè)占空比1/3下降沿采樣的三分頻結(jié)果，做或運(yùn)算。

? ? ? ? 什么意思？怎么想到這樣做的？下面來(lái)解答！

? ? ? ? 任何奇數(shù) 2N-1 （除1分頻外）分頻都可以表示由 N-1個(gè)高電平周期和 N個(gè)低電平周期組成。（占空比最接近50%，但小于50%）

? ? ? ? 寫(xiě)兩個(gè)這樣的分頻器，一個(gè)上升沿采樣的分頻器——div1，一個(gè)下降沿采樣的分頻器——div2，在相同 cnt 判斷切換高低電平的條件下，就一定有 div1 領(lǐng)先（或滯后）于 div2 半個(gè)參考周期，這樣他們相與后會(huì)使得新的結(jié)果還是 2N-1 分頻，但是高電平周期變?yōu)?N-1+1/2，低電平周期變?yōu)?N-1/2，從而高低電平持續(xù)時(shí)間相等，實(shí)現(xiàn)50%占空比的任意奇數(shù)分頻器。?

????????如上圖所示，從上往下分別為，原始時(shí)鐘信號(hào)clk，或運(yùn)算結(jié)果 clk_out，上升沿采樣七分頻信號(hào) clk_out1，下降沿采樣七分頻信號(hào) clk_out2。（assign clk_out = clk_out1 | clk_out2）

? ? ? ? 下面就以七分頻為例，寫(xiě)一個(gè)占空比為50%的奇數(shù)分頻器。?

代碼：

testbench：

?????????到此，我們就實(shí)現(xiàn)了任意50%占空比的奇數(shù)分頻器，總結(jié)一下。說(shuō)了那么多我們已經(jīng)可以獨(dú)立寫(xiě)出任意合理占空比的偶數(shù)分頻器，以及任意50%占空比的技術(shù)分頻器。但是，如果讓手撕一個(gè)不是50%占空比的奇數(shù)分頻器怎么辦？？

? ? ? ? 我在看2022數(shù)字IC秋招面經(jīng)的時(shí)候，就看到有個(gè)人面試被問(wèn)了一個(gè)非常規(guī)占空比的奇數(shù)分頻器，比如 3/10占空比的五分頻， 5/18占空比的九分頻？怎么做呢。

? ? ? ? 其實(shí)聰明的人已經(jīng)想到了，這個(gè)和上面實(shí)現(xiàn)50%任意奇數(shù)分頻器的原理是類(lèi)似的，但是采用與運(yùn)算。用占空比為 2/5 上升沿采樣的信號(hào)和 2/5占空比下降沿采樣的信號(hào)相與，這樣由于下降沿采樣信號(hào)滯后上升沿采樣信號(hào)半個(gè)參考周期。

? ? ? ? 所以相與后，占空比就為 2/5 - 1/10 = 3/10 ，示意圖如下：

????????明白了這個(gè)原理，那么同樣的道理5/18占空比的九分頻也不在話(huà)下了。

? ? ? ? 下面給出 5/18 占空比的九分頻代碼：

代碼：?

testbench：?

????5/18占空比的九分頻就是用上升沿采樣的3/9占空比九分頻 和下降沿采樣的3/9占空比九分頻相與，最后結(jié)果為3/9-1/18 = 5/18 占空比。具體修改只需要改cnt判斷數(shù)值以及把clk_out 的賦值從clk_out1,clk_out2相或改成相與。?

????????具體波形如上，和我們的分析一致，任意占空比的小數(shù)分頻手撕代碼到此結(jié)束。