## 脉冲发生器实验

### 1. 实验内容
本实验设计一个可变频率和可变占空比的方波，要求可以通过控制按键和开关来改变方波的频率和占空比，开关控制要求表7-1如所示。\\
<WRAP centeralign>
**表7 1  脉冲发生器开关控制要求**
</WRAP>
|SW3 SW2 SW1|频率|
|000|2分频，50/2 MHz|
|001|4分频，50/4MHz|
|010|8分频，50/8 MHz|
|011|16分频，50/16MHz|
|100|32分频，50/32 MHz|
|101|64分频，50/64MHz|

|SW7|SW6|占空比|
|0|0|1:2|
|0|1|1:4|
|1|0|1:8|
|1|1|3:8|
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### 2. 实验原理
首先介绍占空比的概念，占空比指在一串理想的脉冲序列中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。在图72所示的波形中，占空比等于t/T。例如，脉冲宽度10μs，信号周期40μs的脉冲序列占空比为0.25。\\
{{ :图7-2_占空比的定义.png |图7-2  占空比的定义}}
<WRAP centeralign>
图7-2  占空比的定义
</WRAP>


方波一般通过对一个高频的脉冲信号进行分频来生成。分频比指方波的周期和高频信号周期之间的比例关系，通过控制分频比来实现不同频率的方波。例如，开发系统上的时钟是50MHz,如果要生成10MHz的方波，则分频比为5。根据输入时钟及要输出的方波的频率计算出分频比，通过计数器的值来控制输出方波的频率。对于一定频率的方波，通过另一个计数器来控制占空比。例如，时钟是50MHz，要求生成一频率为10MHz，占空比为1/5的方波，那么分频比为5，方波的周期为5个时钟周期，正脉冲的持续时间为1个时钟周期（图7-3）。
{{ :图7-3.png |图7-3  频率为10MHz，占空比为1/5的方波}}
<WRAP centeralign>
图7-3  频率为10MHz，占空比为1/5的方波
</WRAP>

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### 3. 程序设计
输入输出信号
程序有4个输入信号和1个输出信号：
<code verilog>
input		clk,reset;	//时钟和复位信号，时钟为50MHz。
input		[4:0]I1;	//SW5、SW4、SW3、SW2和SW1输入，用于控制分频比。
input		[2:0]I2;	//SW8、SW7和SW6输入，用于控制占空比。
output		clkout;		//方波输出。
</code>

主要寄存器
<code verilog>
Division：分频比。根据SW5到SW1来决定分频比：
always @* begin
		case(I1)
			5'b00001: division = 6'd4;     // 1/4分频
			5'b00010: division = 6'd8;     // 1/8分频
			5'b00011: division = 6'd16;    // 1/16分频
			5'b00100: division = 6'd32;    // 1/32分频
			5'b00101: division = 6'd64;    // 1/64分频
			default: division = 6'd2;      // 1/2分频		
endcase
		end	
</code>
pulse: 正脉冲的时钟周期数，根据占空比决定正脉冲时钟周期数：
正脉冲时钟周期数 ＝ 分频比 * 占空比

<code verilog>
always @* begin
		case( I2 )
			3'b001: pulse = division/4;    // 占空比: 1/4
			3'b010: pulse = division/8;    // 占空比：1/8
			3'b011: pulse = division*3/8;  // 占空比：3/8
			default: pulse = division/2;   // 占空比：1/2		
                endcase
end
</code>

3）方波生成
<code verilog>
always @ (posedge clk or negedge reset)	begin
		if( !reset )	begin		// 复位
			count <= 0;
			clkout <= 0;
		end
		else begin                 // counter决定了方波的周期。
			if( count == division - 1 )
				count <= 0;
			else
				count <= count + 1;
				
				if( count == 0 )
					clkout <= 1;	// 当counter为0时，输出信号为1。
				else if ( count >= pulse )
					clkout <= 0; 	// 当counter大于正脉冲时周期数时，输出信号为0。				
		end
		end
</code> 
	
从上述代码可以看出，正脉冲的宽度至少为一个时钟周期。如果分频比为2，占空比为1/4,则正脉冲时钟周期为2×1/4=1/2，非整数时钟周期脉冲宽度是无法实现，所以正脉冲时钟周期数为1。
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\\
### 4. 仿真结果
用Modelsim对程序进行仿真，仿真文件为test_pulse.v。图 74为仿真结果，Squ_wave为输出方波。I=000时，占空比为1/2；dvd=00000时，分频比为2；dvd=00001时，分频比为4。\\
{{ :图7-4.png |图 7-4 方波发生器仿真结果}}  
<WRAP centeralign>
图 7-4 方波发生器仿真结果
</WRAP>

把程序下载到开发系统上，用SignalTap逻辑分析仪观察输出的波形。I1和I2分别控制分频比和占空比，Clkout为方波输出。图75为当分频比为16、占空比为1/4是的方波输出结果。\\
{{ :图7-5.png |图7-5  分频比为16，占空比为1/4时的方波输出}}
<WRAP centeralign>
图7-5  分频比为16，占空比为1/4时的方波输出
</WRAP>
图7-6为当分频比为16、占空比为3/8时的方波输出结果。
{{ :图7-6.png |图7-6  分频比为16，占空比为1/4时的方波输出}}
<WRAP centeralign>
图7-6  分频比为16，占空比为1/4时的方波输出
</WRAP>

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### 5. 演示程序文件说明
|文件名|功能|
|PulseGen.v|主程序|
|TestPulse.v|Modelsim仿真程序|
|PulseSim.mpf|ModelSim仿真工程|
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### 6. 演示程序使用
  演示设备：核心网、扩展板。
  演示方法：把程序下载到开发系统上后，由扩展板的{SW3,SW2,SW1}控制分频比，{SW7,SW6}控制占空比，通过SignalTap观测输出。核心板上的reset键为复位键。
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