前言：

本专栏旨在记录高频笔面试手撕代码题，以备数字前端秋招，本专栏所有文章提供原理分析、代码及波形，所有代码均经过本人验证。

目录如下：

1.数字IC手撕代码-分频器（任意偶数分频）

2.数字IC手撕代码-分频器（任意奇数分频）

3.数字IC手撕代码-分频器（任意小数分频）

4.数字IC手撕代码-异步复位同步释放

5.数字IC手撕代码-边沿检测（上升沿、下降沿、双边沿）

6.数字IC手撕代码-序列检测（状态机写法）

7.数字IC手撕代码-序列检测（移位寄存器写法）

8.数字IC手撕代码-半加器、全加器

9.数字IC手撕代码-串转并、并转串

10.数字IC手撕代码-数据位宽转换器（宽-窄，窄-宽转换）

11.数字IC手撕代码-有限状态机FSM-饮料机

12.数字IC手撕代码-握手信号（READY-VALID）

13.数字IC手撕代码-流水握手（利用握手解决流水线断流、反压问题）

14.数字IC手撕代码-泰凌微笔试真题

15.数字IC手撕代码-平头哥技术终面手撕真题

16.数字IC手撕代码-兆易创新笔试真题

17.数字IC手撕代码-乐鑫科技笔试真题（4倍频）

18.数字IC手撕代码-双端口RAM（dual-port-RAM）

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什么是分频

偶数分频

代码

testbench

波形

什么是分频

分频就是生成一个新时钟，该新时钟的频率是原有时钟频率的整数分之一倍，新周期是原有周期的整数倍。

再简单来说，让你手撕一个四分频电路，就是写代码生成一个周期是原来四倍的时钟，如果手撕一个三分频电路，就是写代码生成一个周期是原来三倍的时钟。

如上图所示，就是一个四分频电路的波形，四分频后，新的clk_out的频率是原来的1/4，也即周期是原来的4倍，从图中可以看到，clk每过4个周期，clk_out过1个周期。

同理三分频也一样，但是奇数分频会比偶数分频复杂一些，在奇数分频部分会讲。

偶数分频

我们先来讲偶数分频。逐步加大难度，先说二分频，怎么实现二分频呢？

答：检测参考时钟，每一个上升沿到来时，新的时钟翻转一次。即：

always @ (posedge clk or negedge rstn)
      if (!rstn)
          clk_out <= 1'b0;           // 复位置零
      else
          clk_out <= !clk_out;     // 否则q信号翻转

从图中可以看到，clk_out每过两个clk时钟上升沿就flip-flop一次，这样一个clk_out的周期就是clk周期的两倍，也即实现了二分频。

那如果是任意偶数分频呢，这就得数经过了多少上升沿，如果是四分频，那就每过两个时钟上升沿（两周期），新信号flip-flop一次，flip-flop两次为新信号的一个周期，即是周期是原时钟的四倍。同理，8分频就是每数4个上升沿，flip-flop一次，以此类推，可以实现任意偶数分频了。

下面拿8分频举例，贴出代码以及testbench：

代码

testbench

波形

从波形我们可以看到，clk每过4个时钟上升沿，clk_out 翻转一次，和设计的一样，在RTL文件中的 number 是可以修改的，可以改成任意偶数从而实现任意偶数分频(改为2也行，即每次时钟上升沿到来时，if语句一直满足，clk_out 翻转一次，每次时钟上升沿翻转一次，就是我们之前提到的二分频。）注意翻转的时间点是number/2-1！因为当cnt 是从0开始计数的，

当cnt == 3 时（八分频举例），cnt被重置到0，持续一个clk。

检测到上升沿，cnt再持续一个clk，cnt=1。

再检测到上升沿，cnt再持续一个clk，cnt=2。

再检测到上升沿，cnt再持续一个clk，cnt=3。

再检测到上升沿，此时cnt=3，cnt又被置零。

更加直观一些可以把cnt作为div_8这个module的输出信号，查看cnt随时间的变化值，找感觉。

占空比分析：我们上面写的任意偶数分频代码的占空比都是50%，实际上面试手撕代码不会让你50%占空比，那怎么办？

答：进行计数，对于一个八分频，开始就把时钟设为高电平，我用cnt 计数到两个时钟上升沿后再把它拉低，计数到7后cnt 拉低时钟拉高，这样就实现了两个周期高，六个周期低，占空比为2/8 即 25% 的八分频。

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