一位硬件随机数发生器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种一位硬件随机数发生器，属于电路的随机数发生技术领域，其电路包括开关电路、显示电路、高频脉冲产生电路、十进制计数器以及寄存器电路，其中高频脉冲产生电路与十进制计数器连接，将作为时钟脉冲信号的高频脉冲信号送至十进制计数器；十进制计数器与寄存器电路连接，寄存器电路与显示电路连接，寄存器电路将十进制计数器中产生的一位数字送至显示电路进行显示并锁存。本实用新型专利技术可以生成一位十进制随机数，电路采用常用芯片设计，产品方便可靠，成本低廉。并利用仿真软件进行数据统计，仿真结果表明该电路可以有效实现随机产生数码0到9的功能。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电路的随机数发生
，具体涉及一位硬件随机数发生器。
技术介绍
现代生活对随机数的依赖越来越多，比如彩票摇号，车牌摇号，抽取幸运观众等等。很多地方要求有使用方便、安全快捷的随机数产生方法。当前主流的随机数电路分为两种，软件型和硬件型。软件型的随机数产生电路方便快捷，但是安全性不高，而且必须借助电脑运行，在一些重要场合往往不方便使用，而且有安全漏洞。硬件随机数使用简单，做成成品后杜绝了被修改的可能性，安全性较高。目前，大多数硬件随机数发生器方案通常可以归为三大类，即直接放大、离散时间混沌和振荡器采样。直接放大技术使用高增益高带宽放大器来处理由热噪声或散射噪声引起的电压变化，这种方案的缺点是采用这种方法时设计人员必须要考虑其它一些因素，如系统热噪声通常与基底噪声及电源电压波动等局部特征耦合在一起，如果电路没有正确屏蔽，这些因素便会使热噪声源的随机性受到影响。离散时间混沌法使用模拟信号处理技术产生随机位流，一般来说，单是这种技术本身尚不足以产生随机序列，因为电路的不准确性限制了A/D转换分辨率，也降低了系统产生随机序列的能力。因此，为获得非确定随机性，这种技术常常要与其它技术配合使用。随机数发生器(RNG)设计中最流行的方法是振荡器采样法，其基本设计思想是利用两个独立工作的高、低频振荡器之间的相对关系来得到非确定噪声源，用高抖动低频振荡器采样高频振荡
器，从而产生随机数序列，但是目前市场上采用振荡器采样法的硬件随机数发生器均具有原理复杂、电路繁杂、成本高昂的缺点。
技术实现思路
本技术的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种一位硬件随机数发生器，其采用简洁电路设计，低成本芯片组装，达到便携、低价、快速产生随机数的目的；在保证随机数发生精度的基础上，同时具有低功耗、低成本的优点。为此，本技术提供了一种一位硬件随机数发生器，包括开关电路、显示电路、高频脉冲产生电路、用于产生0～9或者1～9数据的十进制计数器以及寄存器电路；所述开关电路包括对十进制计数器产生0～9和1～9两种数据范围进行切换的开关J1、用于产生寄存器电路触发信号的开关J2以及用于控制整个硬件随机数发生器电源的开关J3；所述高频脉冲产生电路与十进制计数器连接，将作为时钟脉冲信号的高频脉冲信号送至十进制计数器；所述十进制计数器与寄存器电路连接，寄存器电路与显示电路连接，寄存器电路将十进制计数器中产生的一位数字送至显示电路进行显示并锁存。较佳地，所述高频脉冲产生电路包括利用555芯片构建的用于产生高频矩形脉冲信号的多谐振荡器电路。较佳地，所述十进制计数器采用74HC160芯片构成其计数器电路。较佳地，所述74HC160芯片的CLK端口与高频脉冲产生电路的高频时钟脉冲输出端连接，同时74HC160芯片的ENP、ENT端口接高电平；所述寄存器电路包括4D锁存器74LS175，4D锁存器74LS175与74HC160芯片的输出端口连接，所述4D锁存器74LS175的CLK信号由开关J2产生，所述开关J2为弹簧开关，开关J2常接低电平，按下后接高电平。较佳地，所述开关J1与74HC160芯片的数据输入端连接，通过开关J1选择74HC160芯片输入端A口接VCC或接GND；所述74HC160芯片设为置数
形式，即当计数值达到9时，其进位输出端RCO自动输出高电平，并通过反相器将置数允许信号送至置数端LOAD。较佳地，所述显示电路为LED数码管。本技术的有益效果：本技术提供的硬件随机数发生器，可以产生一位0～9或者1～9的随机数，本技术使用按键控制，采用逻辑电路设计，常用芯片构建，硬件方式产生一位随机数，原理简单，易于实现，操作方便，可靠性强。本技术采用简洁电路设计，低成本芯片组装，达到便携、低价、快速产生随机数的目的；在保证随机数发生精度的基础上，同时具有低功耗、低成本的优点。结果随机性较强，可广泛应用于日常生活中多个领域。利用Multisim软件对本技术进行了仿真，结果显示该电路可以满足日常生活中对随机数电路的要求。以下将结合附图对本技术做进一步详细说明。附图说明图1是本技术的系统结构图；图2是本技术的多谐振荡器电路；图3是计数器电路和寄存器电路；图4是随机数范围切换开关电路；图5是随机数产生电路仿真图；图6是本技术仿真实验的随机结果柱状图；图7是一位硬件随机数发生电路扩展出的显示多位数字随机数电路。具体实施方式下面结合附图，对本技术的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。本技术主要利用了数据高频循环，低频采集的概念产生随机数。如图1
所示，本技术提供的一位硬件随机数发生器，包括开关电路、显示电路、高频脉冲产生电路、用于产生0～9或者1～9数据的十进制计数器以及寄存器电路；其中开关电路包括对十进制计数器产生0～9和1～9两种数据范围进行切换的开关J1、用于产生寄存器电路触发信号的开关J2以及用于控制整个硬件随机数发生器电源的开关J3；所述高频脉冲产生电路与十进制计数器连接，将作为时钟脉冲信号的高频脉冲信号送至十进制计数器；所述十进制计数器与寄存器电路连接，寄存器电路与显示电路连接，寄存器电路将十进制计数器中产生的一位数字送至显示电路进行显示并锁存。所述高频脉冲产生电路包括利用555芯片构建的用于产生高频矩形脉冲信号的多谐振荡器电路。其中555芯片的具体型号是LM555CM；该多谐振荡器电路其具体结构是：LM555CM芯片的VCC端口以及RST端口接5V的VCC供电端；同时，其DIS端口通过电阻R3接VCC供电端，DIS端口还连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别与LM555CM芯片的THR端口、TRI端口以及电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地；LM555CM芯片的GND端口接地、其CON端口通过电容C4接地。555芯片定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，使用555芯片可以很方便的构成单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器，在各种电子制作领域都有很广泛的应用。本实施例中利用555芯片构成多谐振荡器，产生高频脉冲，为了满足随机性和保密性，根据需要可将脉冲频率调至100KHz以上。十进制计数器用于产生0～9或者1～9的数据，可在高频脉冲驱动下进行数据的高速循环计数。开关J2用于产生寄存器电路的触发信号，当其接通有效时，可以将计数器中相对应的某一位数字送至显示电路进行显示并进行锁存。根据实际用途，开关J1作为数据范围切换按钮，可用于在0～9和1～9两种数据范围的切换。开关J3为电源开关，控制整个电路的电源。所述高频脉冲产生电路具体利用555芯片构建多谐振荡器电路，555芯片的电源范围很宽，可以达到5-12V，在实际使用过程中，可是使用电池组供电，
使用便捷。多谐振荡器电路如图2所示，此电路为555芯片的经典应用，可用来产生高频矩形脉冲信号，脉冲信号频率为式(1)所示，输出频率由电路中电阻以及电容决定。在实际应用过程中，可以将电阻更换为电位器，从而可以改变频率，进一步增加随机性。 f = 1 ( 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一位硬件随机数发生器，其特征在于：包括开关电路、显示电路、高频脉冲产生电路、用于产生0～9或者1～9数据的十进制计数器以及寄存器电路；所述开关电路包括对十进制计数器产生0～9和1～9两种数据范围进行切换的开关J1、用于产生寄存器电路触发信号的开关J2以及用于控制整个硬件随机数发生器电源的开关J3；所述高频脉冲产生电路与十进制计数器连接，将作为时钟脉冲信号的高频脉冲信号送至十进制计数器；所述十进制计数器与寄存器电路连接，寄存器电路与显示电路连接，寄存器电路将十进制计数器中产生的一位数字送至显示电路进行显示并锁存。

【技术特征摘要】
1.一位硬件随机数发生器，其特征在于：包括开关电路、显示电路、高频脉冲产生电路、用于产生0～9或者1～9数据的十进制计数器以及寄存器电路；所述开关电路包括对十进制计数器产生0～9和1～9两种数据范围进行切换的开关J1、用于产生寄存器电路触发信号的开关J2以及用于控制整个硬件随机数发生器电源的开关J3；所述高频脉冲产生电路与十进制计数器连接，将作为时钟脉冲信号的高频脉冲信号送至十进制计数器；所述十进制计数器与寄存器电路连接，寄存器电路与显示电路连接，寄存器电路将十进制计数器中产生的一位数字送至显示电路进行显示并锁存。2.如权利要求1所述的一位硬件随机数发生器，其特征在于：所述高频脉冲产生电路包括利用555芯片构建的用于产生高频矩形脉冲信号的多谐振荡器电路。3.如权利要求1所述的一位硬件随机数发生器，其特征在于：所述十进制计数器采用74HC160芯片构成其计数器电路。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：周新淳，
申请(专利权)人：宝鸡文理学院，
类型：新型
国别省市：陕西;61