数字二倍频电路

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我是靠谱客的博主缥缈热狗，最近开发中收集的这篇文章主要介绍数字二倍频电路，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

常用数字二倍频电路介绍

在这里插入图片描述
由一个同或门与一个时钟上升沿有效的D触发器（连接成翻转器）组成，其中clk_in为外部输入时钟周期信号，clk_out为二倍频输出信号。下图为其输入输出波形。

在t0时刻：(稳定状态)
clk_in为低电平，D触发器为复位状态（即Q=0、Q#=1），这样Q#与clk_in经"同或门"后为低电平（异出为0），此时为初始稳定状态，如下图所示：

当t1时刻到来时：（并非稳定状态）
clk_in时钟变为高电平，此时D触发器尚未翻转，“同或门"另一输入引脚亦仍为高电平，则"同或门"输出转变为高电平（同出为"1”），同时此输出作为有效时钟上升沿触发D触发器翻转，则有Q=1、Q#=0，如下图所示：

当t2时刻到来：(稳定状态)

之后每次输入信号变化一次，则重复一次稳定状态、不稳定状态、稳定状态的变化。从D触发器翻转输出至"同或门"输出变化那一段时间，称为延时（Tdelay），在这个电路里也就是高电平宽度。在74系列逻辑器件中，这个延时值大约为几十个纳秒（ns），在可编程逻辑（FPGA/CPLD中）则只有几个纳秒，可以通过在这个延时链路上插入多个缓冲器来增加高电平的宽度（也就是占空比）。

Verilog HDL语言描述电路

常用方法

module frequency_multiplier
(
	input clk,
	 output out_clk
);
reg         temp_mul;
assign      out_clk = ~(clk ^ ~temp_mul);

always @(posedge out_clk)
begin
	temp_mul <= ~temp_mul ;
end
endmodule

modelsim 后仿真结果（必须用后仿真）
在这里插入图片描述

在脉冲频率不足100k（步进电机控制频率<<500k）的情况下还可以采用高频检测输入脉冲信号的上升沿和下降沿加延时5us实现倍频功能

module frequency_multiplier
(
	input          clk,
	 input          rst_n,
	 input          clk_in,
	output         clk_out,
	output wire pos_edge,
	output wire neg_edge,
	 output wire both_edge,
	output         ref_clk
);
assign  ref_clk = clk_in;

reg     clkin_r0, clkin_r1;                  // 状态寄存器
always @ (posedge clk or negedge rst_n)begin
	 if (!rst_n) begin
			clkin_r0 <= 1'b0;
   		 	clkin_r1 <= 1'b0;
	end
	 else begin
    		clkin_r0 <= clk_in;
    		clkin_r1 <= clkin_r0;
	end
end
wire    clkin_sign;
//wire    pos_edge,neg_edge,both_edge;

assign pos_edge  = (~clkin_r1)& ( clkin_r0);
assign neg_edge  =   clkin_r1 & (~clkin_r0);   
assign both_edge =   clkin_r1 ^   clkin_r0;  // 双边沿检测，或pos_edge|neg_edge
assign clkin_sign = ~both_edge;

reg [31:0] counter;
always @(posedge clk or negedge clkin_sign)
begin
	if (!clkin_sign)
   		 counter  <= 0;
	else if (counter >= 32'd1000)            //检测到沿后延时5us
 	   counter     <= 32'd1000;
	 else
  	  counter  <= counter + 1;
end

assign clk_out =(counter == 32'd1000)? 0 : 1;

endmodule