該項(xiàng)目描述了如何設(shè)計(jì)一個(gè)7段1位LED顯示屏的從1到6的真正隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。

硬件部件

Dialog Semiconductor GreenPAK高級開發(fā)板SLG4DVKADV× 1個(gè)

Dialog Semiconductor SLG46826× 1個(gè)

該項(xiàng)目描述了如何設(shè)計(jì)Digital Dice，這是一個(gè)從1到6的真實(shí)隨機(jī)數(shù)生成器。可以使用此設(shè)備代替常用的骰子。它具有一個(gè)1位數(shù)的7段LED顯示屏和兩個(gè)按鈕：“運(yùn)行”和“顯示上一個(gè)”。數(shù)碼骰子可以由單個(gè)CR2032電池供電。它沒有開機(jī)開關(guān)，因?yàn)殚e置時(shí)的功耗極低。

圖1：數(shù)字骰子示意圖

下面我們描述了了解解決方案如何設(shè)計(jì)數(shù)字骰子所需的步驟。但是，如果您只想獲取編程結(jié)果，請下載GreenPAK軟件以查看已完成的GreenPAK設(shè)計(jì)文件。將GreenPAK開發(fā)套件插入計(jì)算機(jī)，然后點(diǎn)擊程序來設(shè)計(jì)解決方案。

設(shè)備架構(gòu)

圖2：GreenPAK6 Designer項(xiàng)目

該設(shè)計(jì)包含以下塊：

熵產(chǎn)生器

熵發(fā)生器由四個(gè)異步振蕩器組成。其中兩個(gè)是使用具有延遲（1 MHz和6.5 MHz）的反向閉環(huán)LUT構(gòu)建的。另外兩個(gè)是GreenPAK的OSC1（2.048 MHz，除以3）和OSC2（25 MHz，除以2）。

向XNOR門輸入一些異步時(shí)鐘信號足以在其輸出上獲得不可預(yù)測的信號（噪聲或熵）。但是SLG46826V中的宏單元可以使解決方案更加復(fù)雜。再使用一個(gè)振蕩器和DFF，我們得到一個(gè)完全隨機(jī)的信號。

圖3：熵產(chǎn)生器

線性反饋移位寄存器

3位LFSR使用三個(gè)DFF和一個(gè)XNOR門構(gòu)建。每個(gè)輸入時(shí)鐘的該塊都會(huì)生成一個(gè)3位的偽隨機(jī)數(shù)。此處，噪聲信號代替時(shí)鐘脈沖進(jìn)入LFSR的輸入，從而生成一個(gè)真正的隨機(jī)3位數(shù)字。

圖4：LFSR

二進(jìn)制至7段解碼器

為了轉(zhuǎn)換由LSFR生成的3位隨機(jī)數(shù)，使用了二進(jìn)制至7段解碼器，請參見圖3。解碼器由3位LUT構(gòu)建。

圖5：二進(jìn)制到7段解碼器

控制單元

控制單元是設(shè)備的一部分，旨在在3秒鐘后啟動(dòng)并停止。兩個(gè)引腳被配置為輸入，并且兩個(gè)按鈕必須從VDD連接到這些引腳。按下“運(yùn)行”按鈕時(shí)，設(shè)備將連續(xù)生成隨機(jī)數(shù)。釋放按鈕后，立即停止生成，LFSR鎖存其輸出。解碼器隨后驅(qū)動(dòng)7段顯示器。3秒鐘后，數(shù)字骰子將進(jìn)入空閑狀態(tài)。該設(shè)備仍處于開機(jī)狀態(tài)，但是由于所有振蕩均已關(guān)閉，因此電流消耗極低。這使設(shè)備可以“記住”最后生成的隨機(jī)數(shù)。如果按下“顯示上一個(gè)”按鈕，將顯示最后生成的隨機(jī)數(shù)，直到釋放該按鈕。因?yàn)閿?shù)字骰子旨在替代普通骰子，所以當(dāng)出現(xiàn)“ 0”或“ 7”時(shí)，將使用3位LUT12重新啟動(dòng)它。這樣可以確保設(shè)備生成1到6之間的隨機(jī)數(shù)。

圖6：控制單元

宏單元設(shè)置

對于每個(gè)宏單元，設(shè)置請參考下表。

表1. LUT設(shè)置

表2：DFF設(shè)置

表3：CNT / DLY設(shè)置

表6：OSC設(shè)置

表7：PIN設(shè)置

結(jié)論

數(shù)字骰子可以替代賭場中的普通骰子，也可以在需要骰子的任何其他游戲中使用。它具有一個(gè)熵生成器，該熵生成器在按下“運(yùn)行”按鈕時(shí)會(huì)不斷生成3位隨機(jī)數(shù)。它僅在釋放按鈕時(shí)停止并顯示結(jié)果，因此人為因素也會(huì)影響所生成的隨機(jī)數(shù)。四個(gè)異步振蕩器以及人為按下按鈕的可變性使該設(shè)備完全不可預(yù)期地不可預(yù)測
編輯：hfy