可编程硬件描述语言VHDL Quartus 五分频器源代码.pdf

VHDL Quartus 五分频器源代码 --半周期是原来半周期信号的N倍 --一个上升沿是2分频 --两个上升沿就是4分频 --三个上升沿就是6分频 LIBRARY IEEE; --调用库 USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;--调用包集合 USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;--调用包集合，可以克服'1',1，"0001"的编译问题 USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;--调用包集合 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ENTITY CLK_DIV5 IS --定义实体 PORT ( CLKIN : IN STD_LOGIC;--分频前的时钟输入 RST: IN STD_LOGIC;--复位端输入，建议复位时，复位为高电平，因为实验箱是低电平驱动 TMPOUT: OUT STD_LOGIC; VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，用于设计和实现可编程逻辑器件，如FPGA（Field-Programmable Gate Array）和CPLD（Complex Programmable Logic Device）。在给定的文件中，我们讨论的是使用VHDL在Altera的Quartus II软件中实现一个五分频器的设计。五分频器是一个数字电路，它将输入时钟信号CLKIN的频率降低为原来的五分之一。 Quartus II是Altera公司提供的一个综合、仿真、编程和配置的集成开发环境，专门用于FPGA和CPLD的设计。它支持VHDL和Verilog等硬件描述语言。 五分频器的工作原理是通过计数上升沿来实现的。在VHDL源代码中，可以看到使用了两个过程（PROCESS）来处理时钟输入（CLKIN）的上升沿。第一个过程用于计数上升沿并控制TMP1信号，第二个过程则用于控制TMP2信号。两个信号的组合（通过AND运算和XOR运算）决定了CLKOUT和TMPOUT的输出。 调用了IEEE库中的三个包：STD_LOGIC_1164.ALL、STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL和STD_LOGIC_ARITH.ALL。这些包提供了基本的逻辑操作符、类型定义和其他功能，使得VHDL代码能够处理逻辑信号和数值运算。 在实体（ENTITY）CLK_DIV5中，定义了四个输入和五个输出端口。CLKIN是时钟输入，RST是复位输入，TMPOUT、TEMP1OUT和TEMP2OUT是中间信号输出，而CLKOUT是最终的五分频时钟输出。复位端RST通常在高电平时有效，用于将计数器重置为初始状态。 在ARCHITECTURE RTL部分，定义了两个信号COUNT1和COUNT2，它们是8位的信号矢量，用于存储计数值。TMP、TMP1和TMP2是标准逻辑信号，用于处理计数过程和输出逻辑。 第一个过程（PROCESS 1）处理CLKIN的上升沿。当复位RST为高电平时，COUNT1被清零，TMP1也被设置为低电平。在每个CLKIN的上升沿，如果COUNT1达到特定值（例如"00000100"，代表4次上升沿），COUNT1会被清零，同时TMP1被设置为高电平，表示一个完整的分频周期已经完成。在COUNT1未达到这个阈值之前，TMP1保持为低电平。 第二个过程（PROCESS 2）与第一个过程类似，但用于控制TMP2。在复位后，COUNT2清零，TMP2被设置为高电平。每当COUNT1达到特定值时，COUNT2开始计数。由于五分频器需要连续三个上升沿来完成一次五分频周期，COUNT2会在COUNT1达到特定值时开始计数，直到COUNT2达到“00000010”（即2次上升沿），然后清零并重新开始计数。 通过TMP、TMP1和TMP2的逻辑运算（AND和XOR）确定CLKOUT和TMPOUT的输出。当连续两个上升沿发生时，CLKOUT会有一个上升沿，这使得输出的时钟频率降低为CLKIN的五分之一。TMPOUT则简单地复制TMP的值，而TEMP1OUT和TEMP2OUT分别输出TMP1和TMP2的值，供调试或进一步使用。 这个VHDL设计实现了五分频器的功能，通过计数输入时钟的上升沿并使用逻辑门操作，生成五分之一频率的输出时钟。这种设计可以广泛应用于需要特定频率分频的数字系统中，如时序控制、信号同步和频率合成。