DIY digitální kostky: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Tento Instructable popisuje, jak navrhnout Digital Dice, generátor skutečných náhodných čísel od 1 do 6. Toto zařízení lze použít místo běžně používaných kostek. Má 1místný 7segmentový LED displej a dvě tlačítka: „Spustit“a „Zobrazit předchozí“. Digitální kostky lze napájet z jediné baterie CR2032. Nemá vypínač, kvůli zanedbatelně nízké spotřebě energie v nečinnosti.

Níže jsme popsali potřebné kroky, abychom pochopili, jak byl čip GreenPAK naprogramován k vytvoření digitálních kostek. Pokud však chcete získat pouze výsledek programování, stáhněte si software GreenPAK a zobrazte již dokončený soubor návrhu GreenPAK. Připojte vývojovou sadu GreenPAK k počítači a spusťte program a vytvořte vlastní integrovaný obvod pro ovládání digitálních kostek.

Krok 1: Architektura zařízení

Návrh se skládá z následujících bloků:

• Entropický generátor
• Posuvný registr lineární zpětné vazby
• Binární až 7segmentový dekodér
• Řídící jednotka
• Nastavení makrobuněk

Krok 2: Entropický generátor

Generátor entropie je postaven ze čtyř asynchronních oscilátorů. Dva z nich jsou postaveny pomocí obrácené uzavřené smyčky LUT se zpožděním (1 MHz a 6,5 MHz). Dva další jsou OSC1 společnosti GreenPAK (2 048 MHz spolu s dělením 3) a OSC2 (25 MHz děleno 2).

Vstup několika asynchronních hodinových signálů do brány XNOR stačí k získání nepředvídatelného signálu na jeho výstupu (šum nebo entropie). Makrobuňky v SLG46826V však umožňují dělat ještě komplikovanější řešení. Pomocí ještě jednoho oscilátoru a DFF získáme zcela náhodný signál.

Krok 3: Posuvný registr lineární zpětné vazby

3bitový LFSR je postaven pomocí tří DFF a jedné brány XNOR. Tento blok s každým vstupním taktem generuje 3bitové pseudonáhodné číslo. Zde místo hodinového impulzu vstupuje šumový signál do vstupu LFSR a generuje skutečné náhodné 3bitové číslo.

Krok 4: Binární až 7segmentový dekodér

K převodu 3bitového náhodného čísla generovaného LSFR se používá binární na 7segmentový dekodér, viz obrázek 3. Dekodér je postaven z 3bitových LUT.

Krok 5: Řídicí jednotka

Řídicí jednotka je součástí zařízení určeného ke spuštění a zastavení po uplynutí 3 sekund. Dva piny jsou konfigurovány jako vstupy a k těmto kolíkům musí být z VDD připojena dvě tlačítka. Zatímco je stisknuto tlačítko „Spustit“, zařízení nepřetržitě generuje náhodná čísla. Hned po uvolnění tlačítka se generování zastaví a LFSR uzamkne své výstupy. Dekodér následně pohání 7segmentový displej. Po 3 vteřinách se digitální kostka zastaví. Zařízení je stále zapnuto, ale protože byly vypnuty všechny oscilace, je spotřeba proudu extrémně nízká. To umožňuje zařízení „zapamatovat si“poslední vygenerované náhodné číslo. Pokud stisknete tlačítko „Zobrazit předchozí“, bude poslední generované náhodné číslo zobrazeno, dokud tlačítko neuvolníte. Protože je digitální kostka navržena tak, aby nahradila obvyklé kostky, používá se 3bitová LUT12 k jejímu restartu, když dojde k „0“nebo „7“. Tím je zajištěno, že zařízení bude generovat náhodné číslo v rozsahu 1 až 6.

Krok 6: Nastavení makrobuněk

Nastavení pro každou makrobuňku viz výše uvedené tabulky.

Závěry

Digitální kostky lze použít jako náhradu obvyklých kostek v kasinech nebo při hraní jiných her, kde jsou kostky potřeba. Má generátor entropie, který při stisknutí tlačítka „Spustit“neustále generuje 3bitová náhodná čísla. Zastaví se a zobrazí výsledek pouze po uvolnění tlačítka, takže lidský faktor ovlivňuje také generované náhodné číslo. Čtyři asynchronní oscilátory spolu s variabilitou stisknutí tlačítka na lidském počítači činí zařízení zcela a žádoucím způsobem nepředvídatelným.