关于时钟的讨论(精)
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时钟与时间的问题时钟是我们日常生活中常见的时间测量工具,能够准确地告诉我们现在是多少点。
然而,在现代社会中,我们对时钟所代表的时间概念已经不再局限于简单的时、分、秒了。
本文将探讨时钟与时间的关系,以及时钟背后隐藏的一些深刻问题。
一、时钟的起源和发展1. 定义和功能时钟是一种用来测量时间的仪器,通过一些机械或电子的方式,我们可以清晰地知道当前的时间。
不管是古代的日晷、水钟,还是现代的机械钟、电子表,它们都有一个共同的功能,那就是告诉我们时间。
2. 发展历程时钟的起源可以追溯到古埃及和古希腊时期,当时人们通过太阳的位置来判断时间。
随着科技的进步,人们发明了更精确的测量时间的工具,如水钟、沙漏等。
然而,真正的时钟发展史始于14世纪的欧洲,当时人们发明了机械钟,这是一种以机械装置来保持时间稳定的时钟。
二、时钟对时间的定义1. 相对时间和绝对时间时钟所测量的时间被称为相对时间,因为它是通过比较不同的时间点来确定的。
相对时间是根据一些事件或过程的变化来衡量的,比如地球自转的周期、原子的振荡频率等。
然而,我们希望能够有一个统一的时间标准,以便全球范围内的时间统一。
为此,国际上建立了一个基于原子物理过程的标准,即原子钟。
原子钟以铯或氯原子的特定频率作为时间的计量单位,这种时间被称为绝对时间。
2. 时间的本质和哲学问题尽管时钟可以帮助我们测量时间,但时间的本质仍然是一个哲学问题。
爱因斯坦的相对论理论告诉我们,时间是相对的,它的流逝速度会受到物体的运动速度、引力场强度等因素的影响。
此外,人们对时间的感知也是主观的。
我们在不同的情境和心理状态下,对时间的感受会有很大的差异。
这引发了一系列关于时间哲学的讨论,如时间的箭头(为什么时间只能向前流动)、现在的悖论(现在是否真实存在)等。
三、时钟和时间的相关问题1. 时间的浪费问题时钟不仅仅是一个测量时间的工具,它还将时间转化为了一种资源。
人们常常会说时间就是金钱,这反映了在现代社会中时间的宝贵性。
时钟问题解决通过解决时钟问题来提升解决问题的能力时钟问题解决——通过解决时钟问题来提升解决问题的能力时钟问题一直以来都是人们在数学中热衷探讨的话题之一。
虽然它看似简单,但其实蕴含了许多解题的技巧和思维方式。
通过解决时钟问题,我们可以提升自己的解决问题的能力,培养逻辑思维和分析能力。
本文将从不同角度探讨时钟问题的解决方法,以及它如何帮助我们提升解决问题的能力。
一、时钟问题时钟问题指的是在给定的时间范围内,通过调整时钟的指针来满足特定条件的问题。
常见的时钟问题包括计算指定时间之后或之前的时间、计算钟表之间的夹角、找出指定时间的对称时间等。
解决时钟问题的基本方法是通过将时间转化为数学模型来进行计算。
我们可以将时钟的指针分为小时、分钟和秒钟指针,通过对指针的运动进行分析,得出解决问题的方法和答案。
二、提高逻辑思维能力解决时钟问题的过程需要运用逻辑思维来进行推理和分析。
需要将抽象的时间概念转化为具体的数学模型,并通过推导和计算来获得问题的答案。
这样的过程需要我们理清思路、梳理逻辑,培养逻辑思维和分析能力。
首先,我们需要分析题目,把问题进行拆解,找出其中的规律和条件。
例如,我们可以通过观察时钟的结构来了解指针的运动规律,进而推导出解决问题的方法。
其次,我们需要运用已有的知识和技巧进行推理和计算。
例如,计算时钟指针之间的夹角时,可以使用角度的概念和三角函数来进行计算。
最后,我们需要检验和验证我们的解答。
通过反复思考和检查我们的答案,可以确保我们的解答符合题意,并且没有推理错误。
通过解决时钟问题,我们可以不断锻炼和提升自己的逻辑思维能力,培养分析问题和解决问题的能力。
三、培养分析能力时钟问题不仅需要逻辑思维,还需要运用分析能力来解决。
解决时钟问题需要我们全面地观察和分析问题,找出其中的规律和特点。
首先,我们需要仔细观察时钟的指针运动规律。
通过观察时钟指针的运动轨迹和变化规律,我们可以发现模式和规律。
例如,时针每走一圈,分针走过的角度是时针走过的角度的12倍。
时钟的应用与解决问题时钟是我们日常生活中经常使用的工具之一,它不仅仅用来显示时间,还有许多其他的应用。
时钟在我们的生活中扮演着重要角色,不仅可以提醒我们时间的流逝,还可以解决一些实际问题。
本文将探讨时钟的应用与解决问题的相关内容。
一、时钟的基本功能时钟最基本的功能是显示时间,精确到小时、分钟和秒。
通过观看时钟,我们可以了解当前的时间,安排工作和生活。
时钟的显示格式一般包括12小时制和24小时制,根据国家和地区的不同而有所差异。
此外,时钟还可以设置闹铃功能,在我们需要定时提醒的时候发出声音或震动。
二、时钟的应用领域1. 交通运输领域在交通运输领域,时钟被广泛应用于各种交通工具中,包括汽车、火车、飞机等。
时钟可以提供准确的时间信息,帮助驾驶员或乘客合理安排行程,减少等待时间,提高效率。
此外,航空领域的飞行员还需要对时钟进行时区调整,以确保飞行计划和航班时间的准确性。
2. 教育领域时钟在教育领域中被广泛应用于课堂教学和学生管理。
学校的课程表通常会标明每门课程的开始和结束时间,学生可以通过时钟准确知道上课时间,避免迟到。
同时,在考试或测试中,时钟也是严格控制考试时间的工具。
3. 运动领域时钟在运动领域中扮演着重要角色,例如篮球比赛、足球比赛等需要计时的体育项目。
运动员和观众可以通过时钟来判断比赛的进展和是否达到规定的时间。
此外,计时器也用于跑步、游泳等个人锻炼活动,帮助人们记录训练时间和进步情况。
三、时钟解决问题的例子1. 同步时钟在多个地点需要统一时间的场合,同步时钟可以解决时间不一致的问题。
例如,铁路站台上的时钟需要与各个列车的时刻表保持一致,以确保乘客能按时出行。
此外,跨国公司的各个分支机构之间也需要同步时钟,方便跨时区工作的协调。
2. 倒计时时钟倒计时时钟是指从预定时间开始递减,直到达到零的时钟。
这种时钟被广泛用于特殊活动或活动的组织者,例如倒计时至新年、节日倒计时、比赛倒计时等。
倒计时时钟可以有效地提醒人们活动的开始和结束时间,营造期待和紧张感。
时钟与时间的认识与读写时钟是人们日常生活中不可或缺的工具之一,它用于指示时间,帮助我们合理安排生活和工作。
时钟的原理和使用方法早已为人们所熟悉,但是对于时间的认识和读写却需要我们更加深入地了解。
本文将从时钟的起源、时间的概念、时间的读写方法等方面对时钟与时间进行探讨。
一、时钟的起源人类对时间的概念和记录可以追溯到古代文明时期。
最早的时钟可以追溯到埃及和巴比伦,它们使用太阳和水流等自然现象来测量时间。
随着科学技术的进步,人们发明了更加精准的机械时钟和电子时钟,使时间的测量更加准确和方便。
二、时间的概念时间是一个抽象的概念,用于衡量事件发生或持续的过程。
时间具有不可逆性和不可再生性,一旦流逝就无法回到过去。
时间被划分为小时、分钟、秒等单位,这些单位的定义经过了国际标准化的统一。
三、时钟的读法1. 12小时制和24小时制时钟的读法可以分为12小时制和24小时制。
在12小时制中,上午和下午分别用AM和PM表示,小时数从1到12,下午12点为PM,上午12点为AM。
而在24小时制中,小时数从0到23,不区分上午和下午。
2. 分针和时针的读法时钟上通常有两根指针,一根是短的时针,一根是长的分针。
时针指示小时,分针指示分钟。
读时钟的方法是:先看时针指示的小时数,再看分针指示的分钟数。
例如,当时针指向12,分针指向3时,表示时间为12点15分。
四、时间的写法1. 数字的表示法时间的写法通常使用数字表示,小时在前,分钟在后,中间用冒号隔开。
例如,12点30分可以写作12:30,3点45分可以写作3:45。
2. 英文的表示法另一种常见的时间写法是使用英文表达。
小时数可以用英文单词表示,分钟数则沿用数字表示。
例如,8点15分可以写作eight-fifteen,9点30分可以写作nine-thirty。
五、时钟的使用技巧1. 学会调时时钟的准确度对于我们的日常生活至关重要。
我们应当定期校对时钟的准确性,特别是遇到夏令时或时区变更时,需要准确调时。
钟表是一种常见的计时工具。
在学生的日常学习中,钟表教育普遍存在,也是考试中的必考点之一。
钟表教案二中也有很多小问题,需要我们认真学习和掌握。
我将从不同的方面来谈谈钟表教案二中的小问题。
一、数字时钟与指针时钟的转换钟表教案二中的小问题之一,是数字时钟与指针时钟的转换问题。
对于数字时钟,我们可以先读出小时和分钟数,将其转化为指针时钟上的位置。
例如,数字时钟上显示的是:9:15,则小时数为9,分钟数为15。
我们可以通过设定小时指针指向第9个刻度,再让分钟指针指向第3个刻度,就可以将数字时钟转化为指针时钟。
同样的方法,我们也可以将指针时钟转化为数字时钟。
二、钟表的刻度和分针的关系钟表教案二中的小问题之二,是关于钟表的刻度和分针的关系。
通常来说,钟表上的刻度数等于时针走过的弧长。
分针走过一圈,也就是60分钟后,刻度数也会增加到60。
当分针指向刻度1时,时针走过的刻度数是1/60,时针所指的小时数应该是1/60 × 12 = 0.2 小时,即2分钟。
同样的原理,我们还可以计算出其它小时数和分钟数之间的关系。
三、钟表的时、分、秒针的关系钟表教案二中的小问题之三,是关于钟表的时、分、秒针的关系。
我们通常将一圈分成60份,一圈钟表走过的时间是1小时,也就是说,时针走过1份所需要的时间是1/60小时。
同样的道理,分针走过1份所需时间也是1/60小时,而秒针走过1份所需时间是1/60分钟。
在1小时内时针走过的角度是360度/12 × 60 = 0.5度/min,分针走过的角度是360度/60 = 6度/min,秒针走过的角度是360度/60 = 6度/s。
这些计算公式可以帮助我们更好的掌握钟表的运作机制,从而更准确的计算时间。
四、钟表的误差和调整钟表教案二中的小问题之四,是关于钟表的误差和调整。
我们通常认为钟表很准确,但实际上,每个钟表都有一定的误差。
这些误差可能是由于机械结构、材料和环境等因素造成的。
时钟问题分析时钟问题是数学中常见的一类问题,涉及到时钟上的时针和分针的位置关系以及时间的计算。
本文将对时钟问题进行分析,并介绍解决时钟问题的方法和技巧。
一、时钟的基本概念时钟是衡量时间的工具,通常由显示小时、分钟和秒钟的指针组成。
其中,时针表示小时,每转一圈代表12小时;分针表示分钟,每转一圈代表60分钟。
时钟是按照顺时针方向旋转的。
二、时钟问题的常见类型1. 关于时间的问题:例如已知某指针的位置,求对应的时间;2. 关于指针之间的夹角问题:例如求时针和分针之间的夹角;3. 关于指针移动的问题:例如计算指针移动的距离或速度。
三、求解时钟问题的方法1. 利用直观推理:根据时针和分针的基本知识,通过观察指针的位置关系进行推理,从而得到问题的解答。
这种方法适用于简单的时钟问题,但对于复杂的问题可能不够准确。
2. 利用时针和分针的比例关系:时针每小时走一圈,即360°,而分针每分钟走一圈,即360°,可以根据这一比例关系计算出指针之间的夹角或时间。
四、示例分析例如,求解以下问题:已知时针和分针都指向12时的位置,求此时两指针之间的夹角。
解法一:直观推理法根据时钟的基本知识,我们知道时针每小时走30°(360°/12),分针每分钟走6°(360°/60)。
因此,当时针和分针都指向12时的位置时,时针指向0°,分针指向0°。
由于两指针在同一位置,所以夹角为0°。
解法二:利用比例关系求解时针和分针之间的夹角可以表示为时针运动的角度减去分针运动的角度。
时针运动的角度为360°/12 × t(t为时间,小时为单位),分针运动的角度为360°/60 × t(t为时间,分钟为单位)。
当时针和分针都指向12时的位置时,时针运动的角度为360°/12 × 0 = 0°,分针运动的角度为360°/60 × 0 = 0°。
时钟和日历的问题时钟和日历是我们日常生活中常见的工具,它们不仅帮助我们记录时间,还在日程安排、制定计划等方面发挥着重要作用。
然而,时钟和日历在实际使用过程中可能会出现一些问题和困惑。
本文将针对时钟和日历的常见问题进行论述和解答,帮助读者更好地理解和应用这些工具。
一、时钟的问题时钟作为一种测量和显示时间的仪器,我们经常使用它来安排日常生活和工作。
然而,有时钟的运行可能会出现误差,导致时间显示不准确。
这主要是由以下几个方面的原因造成的:1.电池问题:对于电子时钟和石英钟,电池是其正常运行的关键。
如果电池电量不足或电池老化,时钟可能会出现停止或时间跳动的情况。
解决这个问题的方法是及时更换电池或使用充电式电池。
2.机械问题:对于机械时钟,其运行依赖于复杂的齿轮和机械结构。
长时间使用或不当使用可能导致齿轮磨损、摩擦增大等问题,进而影响钟表的准确性。
如果发现机械时钟走时不准,建议送修理店检修或调整。
3.时钟校准:无论是电子时钟还是机械时钟,定期校准时间是确保显示准确的重要步骤。
我们可以通过参照标准时间源,如国家授时中心或互联网时间同步等方式,及时调整时钟的时间。
除了以上问题外,还有一些与时钟有关的常见问题,比如夏令时的调整、24小时制与12小时制的选择、时间区域的设置等。
对于这些问题,我们可以参考时钟的使用说明书或上网查询相关信息进行解决。
二、日历的问题日历作为一种记录日期的工具,有助于我们对时间的规划和安排。
然而,在使用日历时可能会遇到一些问题和不方便之处:1.节假日安排:每年的节假日安排是不固定的,而且在不同国家和地区可能存在差异。
这就需要我们了解并及时更新日历中的节假日信息,以便正确了解放假安排和计划活动。
2.特殊日期记录:有时我们希望在日历上记录一些特殊的纪念日或重要日期,如生日、纪念日等。
但是一些普通的纸质日历或手机日历应用可能没有提供相应的功能,这就需要我们自己手动添加或者选择专门的日历应用。
3.日期计算:有时我们需要计算两个日期之间的天数、周数等差值。
深入了解钟表与时间的关系钟表是人类历史上一项重要的发明,它不仅帮助人们计算时间,还让人们对时间产生了更深入的了解。
在这篇文章中,我将深入探讨钟表与时间的关系,并从科学、文化和哲学的角度解读这个问题。
一、科学视角下的钟表与时间从科学的角度来看,钟表是一种测量时间的工具。
人类创造了各种各样的钟表,从简单的日晷到精确的原子钟,都帮助人们准确地衡量时间的流逝。
通过钟表,我们能够分秒不差地计算时间,这为我们的生活和工作提供了便利。
此外,钟表还为科学研究提供了重要的时间参照。
在实验室中,科学家需要精确地控制时间,以便进行各种实验和观察。
钟表的准确性和稳定性使得科学家们能够更好地进行研究,并推动了科学的发展。
二、文化角度下的钟表与时间除了科学意义外,钟表在文化上也扮演着重要的角色。
它被用来计算时间,规划生活和活动,同时也成为了一种象征。
在不同的文化中,钟表有着不同的象征意义。
比如,在西方文化中,钟表通常被用作礼品和纪念品,代表着时间的价值和珍贵。
人们常常赠送钟表来纪念重要的时刻,比如毕业、结婚或生日。
而在东方文化中,钟表更多地被视为一种吉祥的象征。
根据中国传统文化,送钟表寓意着“时时刻刻都有好事发生”,因此钟表成为了一种常见的礼品选择。
三、哲学角度下的钟表与时间从哲学角度来看,钟表与时间的关系远不止于科学和文化。
时间是一个复杂而抽象的概念,而钟表则是人类为了理解时间而创造出来的工具。
哲学家们常常将时间视为一个哲学问题,并对其深入研究。
一些哲学家认为,时间是一种相对的概念,取决于个体的感知和经验。
他们认为,时间的流逝是一种心理上的感受,而非客观存在。
另一些哲学家则认为,时间是绝对存在的,是物质世界的基本属性。
他们将时间视为宇宙的本质特征,并通过理性和观察来探索时间的本质和规律。
综上所述,钟表与时间有着密切的关系。
从科学、文化和哲学的角度来看,钟表不仅帮助人们测量时间,还反映了人们对时间的理解和解读。
无论是精确测量时间的科学意义,还是钟表作为文化符号的象征意义,都使得钟表成为了人类社会中不可或缺的一部分。
时钟与指南针的启示与感悟
在我们的日常生活中,时钟和指南针是不可或缺的两种工具。
它们在我们的人生旅程中起到了至关重要的作用,为我们提供了方向和时间的指引。
通过深入思考时钟与指南针的象征意义,我们可以从中获得许多有关人生的启示和感悟。
时钟,作为时间的度量工具,时刻提醒着我们生活的节奏和流逝。
它告诉我们什么时候该起床、吃饭、工作、休息,构建了我们日常生活的框架。
然而,时钟并不仅仅是一个度量时间的工具,它还象征着我们的生命有限,每一分每一秒都是宝贵的。
这启示我们要珍惜时间,把握每一个当下,让每一刻都充满意义。
当我们面对选择和迷茫时,指南针为我们提供了方向。
指南针的指针始终指向地球的磁北极,象征着坚定不移和始终如一。
这告诉我们,在人生的旅途中,我们需要有明确的目标和信念,才能始终保持正确的方向。
即使遇到困难和挑战,只要我们坚定自己的目标和信念,就能克服一切困难,走向成功。
在我们的生活中,我们不仅需要时钟的提醒,也需要指南针的指引。
我们需要珍惜时间,充分利用每一刻,但同时也需要有明确的目标和信念,才能在人生的旅途中不断前行。
举个例子,当我们感到迷茫和无助时,我们应该像使用指南针一样,寻找内心的方向和目标。
只有明确了自己的目标和信念,我们才能在生活中做出正确的选择,走向成功的道路。
总的来说,时钟和指南针作为我们生活中的重要工具,给予了我
们很多启示和感悟。
我们应该珍惜时间,把握每一个当下,同时也要有明确的目标和信念,才能在人生的旅途中不断前行。
关于时钟的讨论无沦是用离散逻辑、可编程逻辑,还是用全定制硅器件实现的任何数字设计,为了成功地操作,可靠的时钟是非常关键的。
设计不良的时钟在极限的温度、电压或制造工艺的偏差情况下将导致错误的行为,并且调试困难、花销很大。
在设计PLD/FPGA时通常采用几种时钟类型。
时钟可分为如下四种类型:全局时钟、门控时钟、多级逻辑时钟和波动式时钟。
多时钟系统能够包括上述四种时钟类型的任意组合。
1.全局时钟对于一个设计项目来说,全局时钟(或同步时钟)是最简单和最可预测的时钟。
在PLD/FPGA设计中最好的时钟方案是:由专用的全局时钟输入引脚驱动的单个主时钟去钟控设计项目中的每一个触发器。
只要可能就应尽量在设计项目中采用全局时钟。
PLD/FPGA都具有专门的全局时钟引脚,它直接连到器件中的每一个寄存器。
这种全局时钟提供器件中最短的时钟到输出的延时。
图1 示出全局时钟的实例。
图1 定时波形示出触发器的数据输入D[1..3]应遵守建立时间和保持时间的约束条件。
建立和保持时间的数值在PLD 数据手册中给出,也可用软件的定时分析器计算出来。
如果在应用中不能满足建立和保持时间的要求,则必须用时钟同步输入信号(参看下一章“异步输入”)。
图1 全局时钟(最好的方法是用全局时钟引脚去钟控PLD内的每一个寄存器,于是数据只要遵守相对时钟的建立时间tsu和保持时间th)2.门控时钟在许多应用中,整个设计项目都采用外部的全局时钟是不可能或不实际的。
PLD具有乘积项逻辑阵列时钟(即时钟是由逻辑产生的),允许任意函数单独地钟控各个触发器。
然而,当你用阵列时钟时,应仔细地分析时钟函数,以避免毛刺。
通常用阵列时钟构成门控时钟。
门控时钟常常同微处理器接口有关,用地址线去控制写脉冲。
然而,每当用组合函数钟控触发器时,通常都存在着门控时钟。
如果符合下述条件,门控时钟可以象全局时钟一样可靠地工作:1.驱动时钟的逻辑必须只包含一个“与”门或一个“或”门。
如果采用任何附加逻在某些工作状态下,会出现竞争产生的毛刺。
2.逻辑门的一个输入作为实际的时钟,而该逻辑门的所有其它输入必须当成地址或控制线,它们遵守相对于时钟的建立和保持时间的约束。
图2和图3 是可靠的门控时钟的实例。
在图2 中,用一个“与”门产生门控时钟,在图3 中,用一个“或”门产生门控时钟。
在这两个实例中,引脚nWR和nWE考虑为时钟引脚,引脚ADD[o..3]是地址引脚,两个触发器的数据是信号D[1..n]经随机逻辑产生的。
图2 “与”门门控时钟图3 “或”门门控时钟图2和图3 的波形图显示出有关的建立时间和保持时间的要求。
这两个设计项目的地址线必须在时钟保持有效的整个期间内保持稳定(nWR和nWE 是低电平有效)。
如果地址线在规定的时间内未保持稳定,则在时钟上会出现毛刺,造成触发器发生错误的状态变化。
另一方面,数据引脚D[1..n]只要求在nWR和nWE的有效边沿处满足标准的建立和保持时间的规定。
我们往往可以将门控时钟转换成全局时钟以改善设计项目的可靠性。
图4 示出如何用全局时钟重新设计图2 的电路。
地址线在控制D触发器的使能输入,许多PLD设计软件,如MAX+PLUSII软件都提供这种带使能端的D触发器。
当ENA为高电平时,D输入端的值被钟控到触发器中:当ENA为低电平时,维持现在的状态图4 “与”门门控时钟转化成全局时钟图4 中重新设计的电路的定时波形表明地址线不需要在nWR有效的整个期间内保持稳定;而只要求它们和数据引脚一样符合同样的建立和保持时间,这样对地址线的要求就少很多。
图5 给出一个不可靠的门控时钟的例子。
3位同步加法计数器的RCO输出用来钟控触发器。
然而,计数器给出的多个输入起到时钟的作用,这违反了可靠门控时钟所需的条件之一。
在产生RCO信号的触发器中,没有一个能考虑为实际的时钟线,这是因为所有触发器在几乎相同的时刻发生翻转。
而我们并不能保证在PLD/FPGA内部QA,QB,QC到D触发器的布线长短一致,因此,如图5 的时间波形所示,在器从3计到4时,RCO线上会出现毛刺(假设QC到D触发器的路径较短,即QC的输出先翻转)。
图5 不可靠的门控时钟(定时波形示出在计数器从3到4改变时,RCO信号如何出现毛刺的) 图6 给出一种可靠的全局钟控的电路,它是图5不可靠计数器电路的改进,RCO控制D触发器的使能输入。
这个改进不需要增加PLD的逻辑单元。
图6 不可靠的门控时钟转换为全局时钟(这个电路等效于图5电路,但却可靠的多)3.多级逻辑时钟当产生门控时钟的组合逻辑超过一级(即超过单个的“与”门或“或”门)时,证设计项目的可靠性变得很困难。
即使样机或仿真结果没有显示出静态险象,但实际上仍然可能存在着危险。
通常,我们不应该用多级组合逻辑去钟控PLD设计中的触发器。
图7 给出一个含有险象的多级时钟的例子。
时钟是由SEL引脚控制的多路选择器输出的。
多路选择器的输入是时钟(CLK)和该时钟的2分频(DIV2)。
由图7 的定时波形图看出,在两个时钟均为逻辑1的情况下,当SEL 线的状态改变时,存在静态险象。
险象的程度取决于工作的条件。
多级逻辑的险象是可以去除的。
例如,你可以插入“冗余逻辑”到设计项目中。
然而,PLD/FPGA编译器在逻辑综合时会去掉这些冗余逻辑,使得验证险象是否真正被去除变得困难了。
为此,必须应寻求其它方法来实现电路的功能。
图7 有静态险象的多级时钟图8 给出图7 电路的一种单级时钟的替代方案。
图中SEL引脚和DIV2信号用于使能D触发器的使能输入端,而不是用于该触发器的时钟引脚。
采用这个电路并不需要附加PLD的逻辑单元,工作却可靠多了。
不同的系统需要采用不同的方法去除多级时钟,并没有固定的模式。
图8 无静态险象的多级时钟(这个电路逻辑上等效于图7,但却可靠的多)4.行波时钟另一种流行的时钟电路是采用行波时钟,即一个触发器的输出用作另一个触发器的时钟输入。
如果仔细地设计,行波时钟可以象全局时钟一样地可靠工作。
然而,行波时钟使得与电路有关的定时计算变得很复杂。
行波时钟在行波链上各触发器的时钟之间产生较大的时间偏移,并且会超出最坏情况下的建立时间、保持时间和电路中时钟到输出的延时,使系统的实际速度下降。
用计数翻转型触发器构成异步计数器时常采用行波时钟,一个触发器的输出钟控下一个触发器的输入,参看图9 同步计数器通常是代替异步计数器的更好方案,这是因为两者需要同样多的宏单元而同步计数器有较快的时钟到输出的时间。
图10 给出具有全局时钟的同步计数器,它和图9 功能相同,用了同样多的逻辑单元实现,却有较快的时钟到输出的时间。
几乎所有PLD开发软件都提供多种多样的同步计数器。
图9 行波时钟图10 行波时钟转换成全局时钟(这个3位计数器是图9异步计数器的替代电路,它用了同样的3个宏单元,但有更短的时钟到输出的延时)5. 多时钟系统许多系统要求在同一个PLD内采用多时钟。
最常见的例子是两个异步微处理器器之间的接口,或微处理器和异步通信通道的接口。
由于两个时钟信号之间要求一定的建立和保持时间,所以,上述应用引进了附加的定时约束条件。
它们也会要求将某些异步信号同步化。
图11 给出一个多时钟系统的实例。
CLK_A用以钟控REG_A,CLK_B 用于钟控REG_B,由于REG_A驱动着进入REG_B的组合逻辑,故CLK_A的上升沿相对于CLK_B的上升沿有建立时间和保持时间的要求。
由于REG_B不驱动馈到REG_A的逻辑,CLK_B的上升沿相对于CLK_A没有建立时间的要求。
此外,由于时钟的下降沿不影响触发器的状态,所以CLK_A和CLK_B的下降沿之间没有时间上的要求。
,如图4,2.II所示,电路中有两个独立的时钟,可是,在它们之间的建立时间和保持时间的要求是不能保证的。
在这种情况下,必须将电路同步化。
图12 给出REG_A的值(如何在使用前)同CLK_B同步化。
新的触发器REG_C由GLK_B触控,保证REG_G的输出符合REG_B的建立时间。
然而,这个方法使输出延时了一个时钟周期。
图ll 多时钟系统(定时波形示出CLK_A的上升沿相对于CLK_B的上升沿有建立时间和保持时间的约束条件)图12 具有同步寄存器输出的多时钟系统(如果CLK_A和CLK_B是相互独立的,则REG—A的输出必须在它馈送到1REG_B 之前,用REG_C同步化)在许多应用中只将异步信号同步化还是不够的,当系统中有两个或两个以上非同源时钟的时候,数据的建立和保持时间很难得到保证,我们将面临复杂的时间问题。
最好的方法是将所有非同源时钟同步化。
使用PLD内部的锁项环(PLL或DLL)是一个效果很好的方法,但不是所有PLD都带有PLL、DLL,而且带有PLL功能的芯片大多价格昂贵,所以除非有特殊要求,一般场合可以不使用带PLL的PLD。
这时我们需要使用带使能端的D触发器,并引入一个高频时钟。
图13 不同源时钟如图13所示,系统有两个不同源时钟,一个为3MHz,一个为5MHz,不同的触发器使用不同的时钟。
为了系统稳定,我们引入一个20MHz时钟,将3M和5M时钟同步化,如图15所示。
20M的高频时钟将作为系统时钟,输入到所有触发器的的时钟端。
3M_EN 和5M_EN将控制所有触发器的使能端。
即原来接3M时钟的触发器,接20M时钟,同时3M_EN 将控制该触发器使能,原接5M时钟的触发器,也接20M时钟,同时5M_EN 将控制该触发器使能。
这样我们就可以将任何非同源时钟同步化。
图13 同步化任意非同源时钟(一个DFF和后面非门,与门构成时钟上升沿检测电路)另外,异步信号输入总是无法满足数据的建立保持时间,容易使系统进入亚稳态,所以也建议设计者把所有异步输入都先经过双触发器进行同步化.小结:稳定可靠的时钟是系统稳定可靠的重要条件,我们不能够将任何可能含有毛刺的输出作为时钟信号,并且尽可能只使用一个全局时钟,对多时钟系统要注意同步异步信号和非同源时钟。