基于D触发器实现时钟电路同步设计

时钟使能电路是同步设计的重要基本电路，在很多设计中，虽然内部不同模块的处理速度不同，但是由于这些时钟是同源的，可以将它们转化为单一的时钟电路处理。在FPGA的设计中，分频时钟和源时钟的skew不容易控制，难以保证分频时钟和源时钟同相。故此推荐采用使用时钟使能的方法，通过使用时钟使能可以避免时钟“满天飞”的情况，进而避免了不必要的亚稳态发生，在降低设计复杂度的同时也提高了设计的可靠性。

我们可以利用带有使能端的D触发器来实现时钟使能的功能。

在上图中clk1x是CLK的四分频后产生的时钟，clk1x_en是与clk1x同频的时钟使能信号，用clk1x_en作为DFF的使能端，D端的数据只有在clk1x_en有效地时候才能打入D触发器，从而在不引入新时钟的前提，完成了下图电路一致的逻辑功能。

在某系统中，前级数据输入位宽为8，而后级的数据输出位宽32，我们需要将8bit的数据转换成32bit的数据，因此后级处理的时钟频率为前级的1/4，若不使用时钟时能，则就要将前级时钟进行4分频来作为后级处理的时钟，这种设计方法会引入新的时钟域，为了避免这种情况，我们采用了时钟时能的方法来减少设计的复杂度。

module gray
(
input clk,
input rst_n,
input [7:0] data_in,
output reg [31:0] data_out,
output reg clk1x_en
);

reg [1:0] cnt;
reg [31:0] shift_reg;

always @ (posedge clk,negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
cnt <= 2'b0;
else
cnt <= cnt +1'b1;
end

always @ (posedge clk,negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
clk1x_en <= 1'b0;
else if(cnt ==2'b01)
clk1x_en <= 1'b1;
else
clk1x_en <= 1'b0;
end

always @ (posedge clk,negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
shift_reg <= 32'b0;
else
shift_reg <= {shift_reg[23:0],data_in};
end

always @ (posedge clk,negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
data_out<= 32'b0;
else if(clk1x_en==1'b1)//仅在clk1x_en为1时才将shift_reg的值赋给data_out
data_out<=shift_reg;
end