時鐘使能電路是同步設計的重要基本電路，在很多設計中，雖然內部不同模塊的處理速度不同，但是由于這些時鐘是同源的，可以將它們轉化為單一的時鐘電路處理。在FPGA的設計中，分頻時鐘和源時鐘的skew不容易控制，難以保證分頻時鐘和源時鐘同相。故此推薦采用使用時鐘使能的方法，通過使用時鐘使能可以避免時鐘“滿天飛”的情況，進而避免了不必要的亞穩態發生，在降低設計復雜度的同時也提高了設計的可靠性。

我們可以利用帶有使能端的D觸發器來實現時鐘使能的功能。

在上圖中clk1x是CLK的四分頻后產生的時鐘，clk1x_en是與clk1x同頻的時鐘使能信號，用clk1x_en作為DFF的使能端，D端的數據只有在clk1x_en有效地時候才能打入D觸發器，從而在不引入新時鐘的前提，完成了下圖電路一致的邏輯功能。

在某系統中，前級數據輸入位寬為8，而后級的數據輸出位寬32，我們需要將8bit的數據轉換成32bit的數據，因此后級處理的時鐘頻率為前級的1/4，若不使用時鐘時能，則就要將前級時鐘進行4分頻來作為后級處理的時鐘，這種設計方法會引入新的時鐘域，為了避免這種情況，我們采用了時鐘時能的方法來減少設計的復雜度。

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)//僅在clk1x_en為1時才將shift_reg的值賦給data_out
        data_out<=shift_reg;
end 

endmodule 

編輯：hfy