最近小作：Verilog版的dpll

guanfree · 发表于 2003-9-1 15:02:24

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大家好，经过断断续续的努力，我得verilog版的数字锁相环终于初步有了结果。这个锁相环纯粹是我的个人爱好。大概一个月前，我曾与斑竹讨论过这个问题，斑竹也给大家发了一篇这方面的文章。之后，经过查阅资料，我弄明白锁相工作的原理。接着，动手写自己的锁相环。写程序并没有用去多少时间，但是为了排除那些的错误，却用了大量的时间。还好，总算看到了结果。
曾经答应斑竹做完了就给他发一份，现在，还是公开发给大家吧。由于时间及经验的原因，这个只能锁相的环可能还不够专业，但我希望对锁相环感兴趣的朋友们能一起来研究它，大家一起分享自己劳动成果，使它更加完善，谢谢。
上面是这个dpll的原理图：

guanfree · 发表于 2003-9-1 15:06:44

异或门鉴相器就是一个异或门。
K可变模计数器的源代码如下：
module KCounter(rst,clk,ud,Kmode,INC_plus,DEC_plus);
   input rst,clk,ud;
input [2:0] Kmode;
output INC_plus,DEC_plus;
reg [8:0] CounterINC,CounterDEC;
reg [8:0] Kvalue;
   //K±äÄ£
always@(Kmode)
begin
case(Kmode)
3'b001:Kvalue<=9'b000000111;
   3'b010:Kvalue<=9'b000001111;
3'b011:Kvalue<=9'b000011111;
3'b100:Kvalue<=9'b000111111;
3'b101:Kvalue<=9'b001111111;
3'b110:Kvalue<=9'b011111111;
3'b111:Kvalue<=9'b111111111;
default:Kvalue<=9'b000001111;
endcase
end

//¼ÆÊýÆ÷µÄÏÂÒ»¸öÊýÖµ£¨¼Ó1»ò¼õ1£©
wire [8:0] INC_cnt,DEC_cnt;
assign INC_cnt=CounterINC+1;
   assign DEC_cnt=CounterDEC-1;

//ÐÎ³ÉÖÃÎ»ºÍÇåÁãÂö³å£¨´øÓÐÃ«´Ì£©
wire E_Kvalue,E_zero;
assign E_Kvalue=(CounterINC==Kvalue)?1:0;
   assign E_zero=(CounterDEC==0)?1:0;
wire C_set,C_clr;
assign C_clr=E_Kvalue&~ud;
assign C_set=E_zero&ud;

//ÐÎ³ÉÖÃÎ»ºÍÇåÁã±êÖ¾£¨Ã»ÓÐÃ«´Ì£©
   reg clr_flag;
   reg set_flag;
always@(posedge rst or negedge clk)
begin
   if(rst) clr_flag<=1'b0;
else    clr_flag<=C_clr;
end
always@(posedge rst or negedge clk)
begin
   if(rst) set_flag<=1'b0;
else    set_flag<=C_set;
end
   //ÒÔÏÂÊÇÐÎ³É¼Ó¼õÂö³åµÄ¸¨ÖúµçÂ·£¬Ê¹Æä¿ÉÒÔ±£³Ö3¸öclk

reg [2:0] INCshift,DECshift;
always@(posedge rst or negedge clk)
begin
   if(rst) INCshift[2:0]<=3'b000;
else begin
         INCshift[2]<=clr_flag;
               INCshift[1]<=INCshift[2];
               INCshift[0]<=INCshift[1];
end
end
always@(posedge rst or negedge clk)
begin
   if(rst) DECshift[2:0]<=3'b000;
else begin
         DECshift[2]<=set_flag;
               DECshift[1]<=DECshift[2];
               DECshift[0]<=DECshift[1];
end
end

   reg clrINC,clrDEC;
always@(posedge rst or negedge clk)
begin
   if(rst) clrINC<=1'b0;
else    clrINC<=INCshift[0];
end
always@(posedge rst or negedge clk)
begin
   if(rst) clrDEC<=1'b0;
else    clrDEC<=DECshift[0];
end
   //ÒÔÏÂÊÇ¼ÓÂö³åºÍ¼õÂö³åµÄÐÎ³É£¬ËüÃÇ±£³Ö4¸öclk
reg INC_plus,DEC_plus;
always@(posedge rst or posedge set_flag or posedge clrDEC)
begin
   if(rst)             DEC_plus<=1'b0;
else  if(set_flag) DEC_plus<=1'b1;
else                DEC_plus<=1'b0;
end
always@(posedge rst or posedge clr_flag or posedge clrINC)
begin
   if(rst)             INC_plus<=1'b0;
else  if(clr_flag) INC_plus<=1'b1;
else                INC_plus<=1'b0;
end
   ///ÒÔÏÂÊÇÁ½¸ö¼ÆÊýÆ÷(ÆäÊµ²»¿ÉÄæ)
wire INC,DEC;
assign INC=~ud&clk;
assign DEC=ud&clk;
always@(posedge rst or negedge DEC or posedge set_flag)
begin
   if(rst)                CounterDEC<=9'b000000000;
else  if(set_flag)    CounterDEC<=Kvalue;
else                   CounterDEC<=DEC_cnt;
end
always@(posedge rst or negedge INC or posedge clr_flag)
begin
   if(rst)                CounterINC<=9'b000000000;
else  if(clr_flag)    CounterINC<=9'b000000001;
else                   CounterINC<=INC_cnt;
end
endmodule

guanfree · 发表于 2003-9-1 15:08:18

加减脉冲计数器源代码如下：
module IDCnt(clk,rst,INC,DEC,serout);
input clk,rst,INC,DEC;
output serout;
/////2·ÖÆµ¼ÆÊýÆ÷£¬ÆäÊä³öÊÇÏà²îÎªpi£¬Õ¼¿Õ±ÈÎª50£¥µÄ·½²¨
reg div2;
wire cdiv2;
always@(posedge rst or negedge clk)
begin
if(rst)  div2<=0;
else    div2<=~div2;
end
assign cdiv2=~div2;

////INCÓëDECµÄ±ßÑØ¼ì²â
reg [1:0] INC_det,DEC_det;
wire INC_edge,DEC_edge;
wire  ser1,ser2;
assign ser1=div2&clk;
assign ser2=cdiv2&clk;
always@(posedge rst or negedge ser1)
begin
  if(rst) INC_det[1]<=0;
  else    INC_det[1]<=INC;
end
always@(posedge rst or negedge ser1)
begin
  if(rst) INC_det[0]<=0;
  else    INC_det[0]<=INC_det[1];
end
assign INC_edge=~INC_det[1]&INC_det[0];

always@(posedge rst or posedge ser2)
begin
  if(rst) DEC_det[1]<=0;
  else    DEC_det[1]<=DEC;
end
always@(posedge rst or posedge ser2)
begin
  if(rst) DEC_det[0]<=0;
  else    DEC_det[0]<=DEC_det[1];
end
assign DEC_edge=~DEC_det[1]&DEC_det[0];
//////Êä³öµÄÊý¾ÝÀ´Ô´Óë×´Ì¬
reg INC_flag;
reg DEC_flag;
always@(posedge rst or negedge INC)
begin
if(rst)  INC_flag<=1'b0;
else    INC_flag<=~INC_flag;
end
always@(posedge rst or negedge DEC)
begin
if(rst)  DEC_flag<=1'b0;
else    DEC_flag<=~DEC_flag;
end
wire iddet;
//assign iddet=INC_edge|DEC_edge;
reg ioed;
always@(posedge rst or posedge INC_edge or posedge DEC_edge)
begin
if(rst)          ioed<=1'b0;
else if(INC_edge) ioed<=1'b1;
else             ioed<=1'b0;
end
wire detenable;
wire select;
assign select=(ioed&INC_flag&~DEC_flag)|(~ioed&~INC_flag&~DEC_flag)|(~ioed&INC_flag&DEC_flag)|(ioed&~INC_flag&DEC_flag);
assign detenable=select?cdiv2:div2;
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
///////////
reg idedge1,idedge2;
always@(posedge rst or negedge clk)
begin
if(rst) idedge1<=1'b0;
else if(detenable)  idedge1<=INC_edge;
end
always@(posedge rst or negedge clk)
begin
if(rst) idedge2<=1'b0;
else if(detenable)  idedge2<=DEC_edge;
end

reg state;
always@(posedge rst or posedge idedge1 or posedge idedge2)
begin
  if(rst)                                  state<=1'b0;
  else if(idedge1)                         state<=~state;
  else                                     state<=~state;

end
////Êä³öÑ¡Ôñ
assign serout=state?ser1:ser2;
endmodule

guanfree · 发表于 2003-9-1 15:12:46

8分频计数器很简单，采用异步即可，代码如下（图中标为4分频，该其为8分频）：
module div4(rst,clk,out);
input rst,clk;
output  out;
reg out;
reg a,b;
always@(posedge rst or negedge clk)
begin
   if(rst) a<=1'b0;
else    a<=~a;
end
always@(posedge rst or negedge a)
begin
   if(rst) b<=1'b0;
else    b<=~b;
end
always@(posedge rst or negedge b)
begin
   if(rst) out<=1'b0;
else    out<=~out;
end
endmodule
按照这个程序，clk的频率为datain的16倍不同步即可。

jackzhang · 发表于 2003-9-1 16:28:13

好东西！
多谢你为大家做的贡献！

guanfree · 发表于 2003-9-1 16:29:25

从理论上来说，这个锁相环的占空比为7/16~9/16。
这种锁相环的优点是锁定速度快，缺点是只能锁相，不能锁频。

zhoujj · 发表于 2003-9-1 16:38:14

版主，什么时候帮我加点威望阿
^_^，不错啊

guanfree · 发表于 2003-9-1 16:43:25

对了，还有顶层模块：
module dplltop(rst,clk,datain,Kmode,dataout);
  input rst,clk,datain;
  input [2:0] Kmode;
  output dataout;
  wire div4out,ud;
  assign ud=datain^div4out;

  wire incsin,decsin;
  KCounter KCounter1(.rst(rst),.clk(clk),.ud(ud),.Kmode(Kmode),.INC_plus(incsin),.DEC_plus(decsin));
  wire idout;
  IDCnt IDCnt1(.clk(clk),.rst(rst),.INC(incsin),.DEC(decsin),.serout(idout));
  div4    div41(.rst(rst),.clk(idout),.out(div4out));
  assign dataout=div4out;
endmodule
整套软件我用的是FPGA Advantage5.4（正版的）综合仿真（前仿）都没有问题。
我希望有兴趣的朋友能做进一步的改进或完善，也希望大家把结果公布出来，共同提高。

guanfree · 发表于 2003-9-2 11:02:09

这个锁相环只能实现2倍频，即信号ud。

jackzhang · 发表于 2003-9-9 15:46:57

up 一下

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