Создание цифровых целочисленных делителей частоты

Целочисленные делители частоты играют ключевую роль в цифровой электронике, особенно при работе с программируемыми логическими интегральными схемами (ПЛИС). Эти устройства позволяют генерировать сигналы с частотами, кратно меньшими от исходной частоты, что необходимо для синхронизации различных компонентов цифровой системы. В этой статье рассмотрим процесс создания целочисленных делителей частоты на двух языках программирования: D и Verilog.

Необходимость целочисленных делителей частоты

В цифровых системах часто возникает необходимость преобразования тактовой частоты для различных модулей. Например, если основная тактовая частота системы составляет 100 МГц, но один из модулей должен работать на частоте 10 МГц, потребуется делитель частоты с коэффицеинтом деления 10. Точные делители частоты важны для обеспечения синхронизации, минимизации временных задерже и правильного функционирования всей системы.

Создание целочисленных делителей частоты

Метод на языке программирования D

Язык D представляет собой современный системный язык программирования, который сочетает в себе эффективность и низкоуровневый доступ, характерные для C и C++, с безопасностью и удобством высокоуровневых языков.

import std.stdio;

class FrequencyDivider {
    private int divisor;
    private int counter;
    private bool outputSignal;

    this(int divisor) {
        this.divisor = divisor;
        this.counter = 0;
        this.outputSignal = false;
    }

    bool update() {
        counter++;
        if (counter >= divisor) {
            counter = 0;
            outputSignal = !outputSignal;
        }
        return outputSignal;
    }
}

void main() {
    FrequencyDivider divider = new FrequencyDivider(10);
    foreach (i; 0 .. 20) {
        bool signal = divider.update();
        writeln("Cycle: ", i, " Output Signal: ", signal);
    }
}

В этом примере класс FrequencyDivider реализует целочисленный делитель частоты. Метод update увеличивает счётчик при каждом вызове и меняет состояние выходного сигнала, когда счётчик достигает значения делителя.

Метод на языке Verilog

Verilog является стандартом для описания аппаратуры на уровне регистровых передач и широко используется для проектирования ПЛИС и других цифровых устройств.

module frequency_divider(
    input wire clk,
    input wire rst,
    output reg out
);

parameter DIVISOR = 10;
integer counter;

always @(posedge clk or posedge rst) begin
    if (rst) begin
        counter <= 0;
        out <= 0;
    end else begin
        if (counter >= DIVISOR-1) begin
            counter <= 0;
            out <= ~out;
        end else begin
            counter <= counter + 1;
        end
    end
end

endmodule

В данном примере модуль frequency_divider принимает входные сигналы clk (тактовый сигнал) и rst (сигнал сброса), а также генерирует выходной сигнал out. Параметр DIVISOR задаёт коэффициент деления. Внутренний счётчик увеличивается на каждый положительный фронт тактового сигнала и инвертирует выходной сигнал, когда достигает значения делителя.

---

---