Цифровые кубики своими руками: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

В этом руководстве описывается, как разработать Digital Dice - генератор случайных чисел от 1 до 6. Это устройство можно использовать вместо обычно используемых игральных костей. Он имеет 1-значный 7-сегментный светодиодный дисплей и две кнопки: «Выполнить» и «Показать предыдущий». Digital Dice может питаться от одной батареи CR2032. У него нет переключателя включения из-за ничтожно низкого энергопотребления в режиме ожидания.

Ниже мы описали шаги, необходимые для понимания того, как чип GreenPAK был запрограммирован для создания цифровых игральных костей. Однако, если вы просто хотите получить результат программирования, загрузите программное обеспечение GreenPAK, чтобы просмотреть уже заполненный файл дизайна GreenPAK. Подключите GreenPAK Development Kit к компьютеру и нажмите программу, чтобы создать индивидуальную ИС для управления цифровыми игральными костями.

Шаг 1. Архитектура устройства

Конструкция состоит из следующих блоков:

• Генератор энтропии
• Регистр сдвига с линейной обратной связью
• Бинарный в 7-сегментный декодер
• Устройство управления
• Настройки макроячейки

Шаг 2: Генератор энтропии

Генератор энтропии построен из четырех асинхронных осцилляторов. Два из них построены с использованием перевернутой LUT с обратной связью с задержкой (1 МГц и 6,5 МГц). Два других - это OSC1 от GreenPAK (2,048 МГц вместе с делением на 3) и OSC2 (25 МГц, разделенное на 2).

Ввод нескольких асинхронных тактовых сигналов в вентиль XNOR достаточно, чтобы получить непредсказуемый сигнал на его выходе (шум или энтропия). Но макроячейки в SLG46826V позволяют принимать еще более сложные решения. Используя еще один осциллятор и DFF, мы получаем совершенно случайный сигнал.

Шаг 3: Регистр сдвига линейной обратной связи

3-битный LFSR построен с использованием трех DFF и одного логического элемента XNOR. Этот блок с каждым входным синхросигналом генерирует 3-битное псевдослучайное число. Здесь вместо тактового импульса шумовой сигнал поступает на вход LFSR, генерируя истинное случайное 3-битное число.

Шаг 4: двоичный 7-сегментный декодер

Для преобразования 3-битного случайного числа, сгенерированного LSFR, используется двоичный декодер в 7-сегментный, см. Рисунок 3. Декодер состоит из 3-битных LUT.

Шаг 5: блок управления

Блок управления - это часть устройства, предназначенная для его запуска и остановки по истечении 3-секундного периода. Два контакта настроены как входы, и две кнопки должны быть подключены от VDD к этим контактам. Пока кнопка «Выполнить» нажата, устройство непрерывно генерирует случайные числа. Сразу после отпускания кнопки генерация останавливается, и LFSR фиксирует свои выходы. Затем декодер управляет 7-сегментным дисплеем. Через 3 секунды Digital Dice переходит в режим ожидания. Устройство по-прежнему включено, но поскольку все колебания отключены, потребление тока чрезвычайно низкое. Это позволяет устройству «запомнить» последнее сгенерированное случайное число. Если кнопка «Показать предыдущий» нажата, последнее сгенерированное случайное число будет отображаться до тех пор, пока кнопка не будет отпущена. Поскольку Digital Dice предназначен для замены обычных игральных костей, 3-битный LUT12 используется для его перезапуска при появлении «0» или «7». Это гарантирует, что устройство будет генерировать случайное число в диапазоне от 1 до 6.

Шаг 6: Настройки макроячейки

Для каждой макроячейки настройки см. В таблицах выше.

Выводы

Цифровые кости можно использовать в качестве замены обычных игральных костей в казино или при игре в любые другие игры, где необходимы кости. Он имеет генератор энтропии, который постоянно генерирует 3-битные случайные числа, пока нажата кнопка «Выполнить». Он останавливается и отображает результат только при отпускании кнопки, поэтому человеческий фактор также влияет на сгенерированное случайное число. Четыре асинхронных генератора вместе с возможностью изменения нажатия кнопки человеком делают устройство полностью и желательно непредсказуемым.