DIY digitálne kocky: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Tento návod popisuje, ako navrhnúť digitálne kocky, generátor skutočných náhodných čísel od 1 do 6. Toto zariadenie možno použiť namiesto bežne používaných kociek. Má 1-miestny 7-segmentový LED displej a dve tlačidlá: „Spustiť“a „Zobraziť predchádzajúce“. Digitálne kocky je možné napájať z jedinej batérie CR2032. Nemá vypínač, pretože v nečinnosti je zanedbateľne nízka spotreba energie.

Ďalej sme popísali potrebné kroky, aby ste pochopili, ako bol čip GreenPAK naprogramovaný na vytvorenie digitálnych kociek. Ak však chcete získať iba výsledok programovania, stiahnite si softvér GreenPAK a zobrazte už dokončený súbor návrhu GreenPAK. Pripojte vývojovú súpravu GreenPAK k počítaču a spustením programu vytvorte vlastný integrovaný obvod na ovládanie digitálnych kociek.

Krok 1: Architektúra zariadenia

Návrh pozostáva z nasledujúcich blokov:

• Generátor entropie
• Posuvný register lineárnej spätnej väzby
• Binárny až 7-segmentový dekodér
• Kontrolná jednotka
• Nastavenia makrobuniek

Krok 2: Entropický generátor

Generátor entropie je zostavený zo štyroch asynchrónnych oscilátorov. Dva z nich sú postavené pomocou invertovanej LUT s uzavretou slučkou s oneskorením (1 MHz a 6,5 MHz). Dve ďalšie sú OSC1 spoločnosti GreenPAK (2 048 MHz spolu s delením 3) a OSC2 (25 MHz delené 2).

Vstup niekoľkých asynchrónnych hodinových signálov do brány XNOR stačí na získanie nepredvídateľného signálu na jeho výstupe (šum alebo entropia). Makrobunky v modeli SLG46826V však umožňujú robiť ešte komplikovanejšie riešenia. Použitím ešte jedného oscilátora a DFF dostaneme úplne náhodný signál.

Krok 3: Posuvný register lineárnej spätnej väzby

3-bitový LFSR je postavený pomocou troch DFF a jednej brány XNOR. Tento blok s každým vstupným taktom generuje 3-bitové pseudonáhodné číslo. Tu namiesto hodinového impulzu prechádza signál šumu na vstup LFSR a generuje skutočné náhodné 3-bitové číslo.

Krok 4: Binárny až 7-segmentový dekodér

Na konverziu 3-bitového náhodného čísla generovaného LSFR sa používa binárny dekodér na 7 segmentov, pozri obrázok 3. Dekodér je zostavený z 3-bitových LUT.

Krok 5: Riadiaca jednotka

Riadiaca jednotka je súčasťou zariadenia určeného na spustenie a zastavenie po uplynutí 3 sekúnd. Dva piny sú nakonfigurované ako vstupy a k týmto kolíkom musia byť z VDD pripojené dve tlačidlá. Kým je stlačené tlačidlo „Spustiť“, zariadenie nepretržite generuje náhodné čísla. Hneď po uvoľnení tlačidla sa generovanie zastaví a LFSR zaistí svoje výstupy. Dekodér následne poháňa 7-segmentový displej. Po 3 sekundách digitálne kocky idú naprázdno. Zariadenie je stále zapnuté, ale pretože sú všetky oscilácie vypnuté, spotreba prúdu je extrémne nízka. Vďaka tomu si zariadenie „zapamätá“posledné vygenerované náhodné číslo. Ak stlačíte tlačidlo „Zobraziť predchádzajúce“, posledné vygenerované náhodné číslo sa bude zobrazovať, kým tlačidlo neuvoľníte. Pretože Digital Dice je navrhnutý tak, aby nahradil bežné kocky, 3-bitový LUT12 sa používa na jeho reštartovanie, keď dôjde k „0“alebo „7“. To zaisťuje, že zariadenie vygeneruje náhodné číslo v rozsahu 1 až 6.

Krok 6: Nastavenia makrobuniek

Pre každú makrobunku sú nastavenia uvedené v tabuľkách vyššie.

Závery

Digitálne kocky je možné použiť ako náhradu bežných kociek v kasíne alebo pri hraní akýchkoľvek iných hier, kde sú potrebné kocky. Má generátor entropie, ktorý počas stlačenia tlačidla „Spustiť“neustále generuje 3-bitové náhodné čísla. Zastaví sa a výsledok zobrazí až po uvoľnení tlačidla, takže ľudský faktor ovplyvní aj vygenerované náhodné číslo. Vďaka štyrom asynchrónnym oscilátorom a variabilite stlačenia tlačidla na zariadení je zariadenie úplne a žiaduce nepredvídateľné.