一位随机数发生器
一位硬件随机数发生器的设计与仿真
一位硬件随机数发生器的设计与仿真周新淳【摘要】This paper presents a random number generating circuit , It can generate a random decimal number.The circuit is composed of a switching circuit, a pulse generating circuit, a counting circuit and a display e common chip design , The design has the characteristics of convenience , reliability and low cost. And using simulation software for data statistics. The computer simulation results show that the design implements generator of random number from 0 to 9.%文中设计了一种随机数发生电路,可以生成一位十进制随机数,电路分为开关电路、脉冲产生电路、计数电路和显示电路,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.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2017(025)006【总页数】4页(P19-22)【关键词】随机数;硬件电路;Multisim;仿真【作者】周新淳【作者单位】宝鸡文理学院陕西宝鸡 721016【正文语种】中文【中图分类】TN709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。
第5章 随机数发生器及随机变量的产生
管理系统模拟与GPSS语言
9
5-1 随机数发生器
5.1.3 随机数发生器的检验
随机数发生器的经验检验方法
1. K-S 检验 均匀性检验 (内容不要求) 2. 2 检验 均匀性检验 3. 顺序检验 独立性检验 (内容不要求) 4. 距离检验 均匀性检验 (内容不要求) 5. 自相关检验 独立性检验 (内容不要求)
关于理论检验
MSSV1.0
管理系统模拟与GPSS语言
10
5-2 产生随机变量的方法
1. 逆转换法
F(X) 1
U
假设数据的分布类型已经 通过某些方法确定下来， 如何从这个分布中产生模 拟所需的随机变量？
x X
MSSV1.0
管理系统模拟与GPSS语言
11
5-2 产生随机变量的方法
逆转换法是利用拟合分布的分布函数的 反函数来产生随机变量. 其步骤如下:
管理系统模拟与GPSS语言
19
5-2 产生随机变量的方法
经验分布随机变量产生方法
1. 先产生一 (0, 1 ] 间均匀分布的随机变量 U 2. 判断 U 落入那一个区间, 既可确定寿命的随机变量
以下方法不要求:
D. 取舍法 E. 近似法 F. 内插法
MSSV1.0
管理系统模拟与GPSS语言
20
5-3 GPSS 语言的随机变量
MSSV1.0
管理系统模拟与GPSS语言
3 第5章 随机数发生器及随机变量的产生
5-1 随机数发生器
1. 什么是随机数发生器
产生 ( 0, 1 ]间均匀分布随机数的程序称为随机 数发生器。（所谓随机数，就是具有给定概率分布的 随机变量的可能值。）
2. 为什么需要随机数发生器
一种基于环振荡器的真随机数发生器
一种基于环振荡器的真随机数发生器作者：邹小花李房云来源：《电脑知识与技术》2024年第09期摘要：真随机数发生器（TRNG）是一种用于生成真随机数的设备，是安全芯片中的重要单元之一，生成的真随机数是确保通信加密及身份认证等密码协议安全性的必要工具。
仿真实验结果表明，随着抖动源抖动程度的增大，每次采样的熵趋近于1，即使在最坏的情况下也能达到误差低于10-4的水平。
文章进一步分析环振荡器（RO）的数学模型并提出一种基于环振荡器的高效率、低成本的真随机数发生器。
关键词：真随机数发生器；TRNG；环振荡器；RO；抖动源；jitter中图分类号：TN79，TN918 文献标识码：A文章编号：1009-3044（2024）09-0008-04开放科学（资源服务）标识码（OSID）0 引言随机数在现实世界中有广泛的应用，比如保障互联网安全的各种加密算法、计算机仿真、电子游戏、抽签等方面。
随机数分为两种，伪随机数和真随机数。
伪随机数是以数论和计算机理论为基础生成的，实现方便、分布均匀、成本低。
由于存在有限的可计算状态，伪随机数具有周期性，使其很容易破解[1]。
自然现象或物理过程中的各种随机噪声是真随机数发生器（True Random Number Generator，TRNG）產生随机数的方式。
伪随机数存在的周期性问题的解决方法让序列具有了真正的随机性，根据热噪声、闪烁噪声等随机噪声往往都是不可预测和产生的随机数无规律难破解的特点。
真随机数发生器产生的随机数存在生成速率相对较慢、随机数的统计特性不好、内外部环境影响的问题。
如何设计满足现代加密系统加密需求、具备良好性能的随机数已成为研究的重要问题。
关注熵源的设计和优化非常重要，因为熵源的品质从根本上决定着随机数发生器性能的好坏[2]。
梳理国内外相关研究的现状表明，有些科研人员已经实现了根据不同原理结构设计的真随机数发生器。
国内科研人员如鲁迎春提出基于可配置异步反馈环形振荡器的真随机数发生器，利用与非门和异或门形成可配置的异步反馈环形振荡器，改善熵源的随机性通过增加相位噪声和扩大时间抖动范围来实现[3]。
真随机数发生器的制作方法
真随机数发生器的制作方法
要制作一个真随机数发生器，我们需要利用物理过程或现象来
产生随机性。
下面我将从硬件和软件两个方面来介绍制作真随机数
发生器的方法。
硬件方法：
1. 热噪声发生器，利用半导体器件的热噪声来产生随机数。
可
以利用二极管的热噪声或者场效应晶体管的热噪声来作为随机数源。
2. 光电效应，利用光电二极管或者其他光敏器件接收自然光或
其他光源的微弱光信号，并转换为电信号作为随机数源。
3. 核衰变，利用放射性同位素的核衰变过程来产生随机数。
通
过探测放射性同位素衰变事件的时间间隔来获取随机数。
软件方法：
1. 基于环境噪声的随机数生成，通过利用计算机系统的环境噪声，如鼠标移动、键盘敲击、磁盘I/O等，来获取随机数。
2. 基于时间的随机数生成，利用计算机系统的高精度时钟和时
间戳来产生随机数。
3. 基于混沌理论的随机数生成，利用混沌系统的特性，通过迭
代计算产生随机数序列。
无论是硬件方法还是软件方法，都需要经过严格的测试和验证，确保生成的随机数具有均匀分布、独立性和不可预测性。
此外，真
随机数发生器的安全性也是非常重要的，特别是在密码学和安全通
信领域的应用中。
因此，在制作真随机数发生器时，需要考虑到系
统的安全性和可靠性。
随机数发生器电路 -回复
随机数发生器电路-回复
随机数发生器电路是一种电子电路，可以生成一系列看似随机的数字。
在数字系统中，随机数是非常有用的，可以用于密码学、模拟和仿真等应用。
常见的随机数发生器电路有以下几种设计方案：
1. 线性反馈移位寄存器（LFSR）：LFSR是一种基于时钟脉冲的电路，通过将寄存器的输出与某些反馈线上的位进行异或运算来生成下一个状态。
由于反馈位置可以是随意的，因此可以生成看似随机的数列。
然而，LFSR实际上是一种伪随机数发生器，可以通过分析其状态迁移图进行预测。
2. 热噪声发生器：热噪声发生器利用电阻器中由于热运动引起的电子随机运动来生成随机信号。
它通常使用一个放大器来放大噪声信号，并通过滤波器进行后处理以去除其他非随机成分。
3. 电子噪声发生器：电子噪声发生器通过电子器件的随机性来生成随机信号。
例如，基于功率二极管的电子噪声发生器利用二极管的热运动产生随机振荡以生成随机信号。
总的来说，随机数发生器电路可以通过利用物理上的随机性来生成随机信号。
然而，对于安全性要求较高的应用，需要采用更加复杂的算法和技术来生成真正的
随机数，以避免被破解。
第10章：随机数
2017/4/16
22
10.1.3真随机数据和PRNG
•真随机数据做简单的事情：作为伪随机数生成器PRNG的种子。这种构造解决 了使用真随机数据的一些问题。一旦PRNG有了种子，就可以生成随机数据了。 •在密码协议中如果使用真随机数据，那么可证明攻击是不可行的，协议是无条 件安全的。如果用PRNG，协议只有在攻击者不能攻破PRNG的情况下是安全， 因此协议在计算上是安全的。但是所有的密码协议对每样事物几乎都使用计算 上的假设。不考虑某一特定类型攻击的计算假定，只是通过无关紧要的改进而 产生真随机数据来满足你所需要的无条件的安全是相当困难的。因此你可能更 愿意减少使用真随机数据的系统安全。真随机数发生器中的任何薄弱点都会立 刻导致系统不安全。然而，如果你用真随机数据来作为PRNG的种子，关于熵源 的假定就会更保守一些。
种子是什么
• 现实中，种子可以是很多事物：用毫秒计的时间，各 种不断变化的计算机状态的测量，用户的输入和其他 数值。或许你看到过用户输入的种子收集器。应用程 序可能要你四处移动鼠标。在选定的瞬间，程序查看 你的鼠标箭头在屏幕上的位置。这个值是一对数：距 离屏幕底边的像素数和距离屏幕左边的像素数。二者 中的任何一个输入都不充分，但它们混在一起就有了 不可预测性。
2017/4/16
8
C++ 中随机数生成方法
• 标准库<cstdlib>（被包含于<iostream>中）提供两个帮助生成伪 随机数的函数： • 函数一：int rand(void)； 从srand (seed)中指定的seed开始，返回一个[seed, RAND_MAX （0x7fff）)间的随机整数。 • 函数二：void srand(unsigned seed)； • 参数seed是rand()的种子，用来初始化rand()的起始值。
一维均匀分布随机数序列的产生方法
一维均匀分布随机数序列的产生方法引言：随机数序列主要应用于序列密码（流密码）。
序列密码的强度完全依赖于序列的随机性与不可预测性。
随机数在密码学中也是非常重要的，主要应用于数字签名（如美国数字签名标准中的数字签名算法）、消息认证码（如初始向量）、加密算法（如密钥）、零知识证明、身份认证（如一次性nonce）和众多的密码学协议。
关键词：随机数、随机数序列、均匀分布一、随机数及随机数序列的简介在统计学的不同技术中需要使用随机数，比如在从统计总体中抽取有代表性的样本的时候，或者在将实验动物分配到不同的试验组的过程中，或者在进行蒙特卡罗模拟法计算的时候等等。
产生随机数有多种不同的方法。
这些方法被称为随机数发生器。
随机数最重要的特性是：它所产生的后面的那个数与前面的那个数毫无关系。
随机数序列分为真随机数序列与伪随机数序列，随机数分为真随机数和伪随机数。
真随机数序列从真实世界的自然随机性源产生，办法是找出似乎是随机的事件然后从中提取随机性，如自然界中的抛币。
在计算机中噪音可以选取真实世界的自然随机性，如从计算机时钟寄存器中取得本机的当前系统时间到秒（或微秒）级的数值，测量两次击键的时间间隔，相邻两次鼠标移动的时间间隔以及由计算机硬件报告的鼠标实际位置等。
伪随机数序列用确定的算法产生，不是真正的随机数序列。
伪随机数序列发生器指使用短的真随机数序列（称为种子）x扩展成较长的伪随机数序列y。
在密码学中伪随机数序列的使用大大减少了真随机数序列的使用，但不能完全取代真随机数序列的使用（如种子）。
通常，我们需要的随机数序列应具有非退化性、周期长、相关系数小等优点。
二、一维均匀分布的简介设连续型随机变量X 的分布函数为 F(x)=(x-a)/(b-a)，a ≤x≤b，则称随机变量X 服从[a,b]上的均匀分布，记为X ～U[a ，b]。
若[x1,x2]是[a,b]的任一子区间,则 P{x1≤x≤x2}=(x2-x1)/(b-a)，这表明X 落在[a,b]的子区间内的概率只与子区间长度有关，而与子区间位置无关，因此X 落在[a,b]的长度相等的子区间内的可能性是相等的，所谓的均匀指的就是这种等可能性。
随机数生成器
随机数的原理与计算机实现摘要：随机数在计算机网络信息安全中起着至关重要的作用。
本文将对随机数，随机数产生器如何用计算机语言（JAVA ）实现做简要介绍。
Abstract ：Random number in the computer network information security plays a vital role. This will be random numbers, random number generator to use the computer language (JAVA) to achieve a brief introduction.关键字：随机数、计算机网络信息安全、JAVA 、随机数产生器Keyword ：Random numbers, computer network and information security, JAVA, random number generator一、随机数简介什么叫随机数呢？由具有已知分布的总体中抽取简单子样，在蒙特卡罗方法中占有非常重要的地位。
总体和子样的关系，属于一般和个别的关系，或者说属于共性和个性的关系。
由具有已知分布的总体中产生简单子样，就是由简单子样中若干个性近似地反映总体的共性。
随机数是实现由已知分布抽样的基本量，在由已知分布的抽样过程中，将随机数作为已知量，用适当的数学方法可以由它产生具有任意已知分布的简单子样。
在连续型随机变量的分布中，最简单而且最基本的分布是单位均匀分布。
由该分布抽取的简单子样称，随机数序列，其中每一个体称为随机数。
单位均匀分布也称为［0，1］上的均匀分布，其分布密度函数为：分布函数为 ：由于随机数在蒙特卡罗方法中占有极其重要的位置，我们用专门的符号ξ表示。
由随机数序列的定义可知，ξ1，ξ2，…是相互独立且具有相同单位均匀分布的随机数序列。
也就是说，独立性、均匀性是随机数必备的两个特点。
随机数具有非常重要的性质：对于任意自然数s ，由s 个随机数组成的s 维空间上的点（ξn+1，ξn+2，…ξn+s ）在s 维空间的单位立方体G s 上均匀分布，即对任意的a i ，如下等式成立：⎩⎨⎧≤≤=其他,010,1)(x x f ⎪⎩⎪⎨⎧>≤≤<=1,110,0,0)(x x x x x F si a i ,,2,1，10 =≤≤∏=+==≤si ii i n a s i a P 1),,1,( ξ其中P (·)表示事件·发生的概率。
一维均匀分布随机数序列的产生方法
一维均匀分布随机数序列的产生方法引言：随机数序列主要应用于序列密码（流密码）。
序列密码的强度完全依赖于序列的随机性与不可预测性。
随机数在密码学中也是非常重要的，主要应用于数字签名（如美国数字签名标准中的数字签名算法）、消息认证码（如初始向量）、加密算法（如密钥）、零知识证明、身份认证（如一次性nonce）和众多的密码学协议。
关键词：随机数、随机数序列、均匀分布一、随机数及随机数序列的简介在统计学的不同技术中需要使用随机数，比如在从统计总体中抽取有代表性的样本的时候，或者在将实验动物分配到不同的试验组的过程中，或者在进行蒙特卡罗模拟法计算的时候等等。
产生随机数有多种不同的方法。
这些方法被称为随机数发生器。
随机数最重要的特性是：它所产生的后面的那个数与前面的那个数毫无关系。
随机数序列分为真随机数序列与伪随机数序列，随机数分为真随机数和伪随机数。
真随机数序列从真实世界的自然随机性源产生，办法是找出似乎是随机的事件然后从中提取随机性，如自然界中的抛币。
在计算机中噪音可以选取真实世界的自然随机性，如从计算机时钟寄存器中取得本机的当前系统时间到秒（或微秒）级的数值，测量两次击键的时间间隔，相邻两次鼠标移动的时间间隔以及由计算机硬件报告的鼠标实际位置等。
伪随机数序列用确定的算法产生，不是真正的随机数序列。
伪随机数序列发生器指使用短的真随机数序列（称为种子）x扩展成较长的伪随机数序列y。
在密码学中伪随机数序列的使用大大减少了真随机数序列的使用，但不能完全取代真随机数序列的使用（如种子）。
通常，我们需要的随机数序列应具有非退化性、周期长、相关系数小等优点。
二、一维均匀分布的简介设连续型随机变量X 的分布函数为 F(x)=(x-a)/(b-a)，a ≤x≤b，则称随机变量X 服从[a,b]上的均匀分布，记为X ～U[a ，b]。
若[x1,x2]是[a,b]的任一子区间,则 P{x1≤x≤x2}=(x2-x1)/(b-a)，这表明X 落在[a,b]的子区间内的概率只与子区间长度有关，而与子区间位置无关，因此X 落在[a,b]的长度相等的子区间内的可能性是相等的，所谓的均匀指的就是这种等可能性。
第四章 随机数发生器和随机变量的产生
平方取中法易退化且均匀性差异显著
14
4-3 常用的随机数发生器
2. 乘积取中法随机数发生器
乘积取中法随机数发生器的其递推公式为：
x n 1 x n 2k x n 1 mod 10 k 10 2k u n x n 1 / 10 初始值为 x 0 及 x 1 , x 0 、 x 1 为 2 k 位正整数
公式），来生成“随机”数列（也称随机数流）。我们
只要任意给定一个初始值（也称种子值），当调用该算 法时，就可以按确定的关系计算出下一个“随机”数， 然后，以新生成的随机数作为第二个种子值，再计算出 新的随机数。多次调用该算法就可以生成一个“随机数”
序列。
4
4-1 随机数的生成及本质
这种用算法生成的随机数，只要给定初始的 种子值，则以后所生成的“随机”数都是确定的
2 2 2 2
10
10
2 2
287981 . 01 mod 10 287981 7981
u 1 x 1 / 10 0 . 7981
2 2
2 2
mod 10
7981 / 10000
19
4-3 常用的随机数发生器
同理
x2 M x1 2 mod 10 31820247 2 10 318202 . 47 318202 8202 10
12 0025 2 0.02
13 00 00
14 00 00
… … …
x n 1 5776 5929 8464 2116 … 0841
0004 0000 …
xn
un
x
xn un
0.77
2 n 1
随机数发生器后处理方法
随机数发生器后处理方法随机数发生器是计算机科学中常用的工具，用于生成随机数序列。
随机数的生成对于很多领域都有重要的应用，比如密码学、模拟实验和统计分析等。
然而，随机数发生器生成的随机数序列并不是完美的随机性，往往需要经过后处理方法来提高其质量。
本文将介绍几种常见的随机数发生器后处理方法。
1. 线性同余法线性同余法是最简单也是最常见的随机数发生器。
它的原理是通过一系列的计算操作，将一个初始的随机种子转化为一组伪随机数。
然而，线性同余法生成的随机数序列存在周期性和重复性的问题。
为了解决这个问题，可以通过后处理方法来改善随机数序列的质量。
一种常见的后处理方法是使用置乱算法。
置乱算法通过对随机数序列进行重新排序，打乱原有的顺序，从而提高随机性。
常用的置乱算法有Fisher-Yates算法和Knuth洗牌算法。
这些算法可以有效地打乱随机数序列，降低周期性和重复性的问题。
2. 哈希函数哈希函数是一种常见的随机数发生器后处理方法。
哈希函数将一个输入映射为一个固定长度的输出，具有不可逆性和均匀性。
通过将随机数序列作为输入，将其映射为哈希值，可以提高随机数序列的随机性。
常用的哈希函数有MD5、SHA-1和SHA-256等。
这些哈希函数具有良好的随机性和抗碰撞性，可以有效地提高随机数序列的质量。
但需要注意的是，哈希函数的计算复杂度较高，可能会影响生成随机数的速度。
3. 噪声源噪声源是一种物理随机数发生器后处理方法。
噪声源利用物理上的随机过程，比如热噪声、量子噪声和放电噪声等，生成真正的随机数。
这些随机数具有高度的随机性和不可预测性。
常见的噪声源包括热电偶、Zener二极管和放电管等。
通过将噪声源与计算机系统相连，可以生成真正的随机数序列。
然而，使用噪声源需要专门的硬件设备，成本较高，不适用于所有应用场景。
4. 加密算法加密算法是一种常用的随机数发生器后处理方法。
加密算法利用密钥对随机数序列进行加密操作，从而提高随机数的质量和安全性。
随机数生成器原理
随机数生成器原理随机数生成器是计算机科学中非常重要的一个概念，它可以用来产生一系列看似无规律的数字，但实际上却具有一定的规律性。
在计算机编程、密码学、模拟实验等领域，随机数生成器都扮演着至关重要的角色。
那么，随机数生成器的原理是什么呢？随机数生成器的原理主要分为伪随机数生成器和真随机数生成器两种。
首先，我们来看伪随机数生成器。
伪随机数生成器是通过一定的算法，根据一个起始值，计算出一系列的数字。
这些数字看上去是随机的，但实际上是可以被复现的。
伪随机数生成器的核心在于随机种子的选择和算法的设计。
常见的伪随机数生成算法包括线性同余发生器、梅森旋转算法等。
这些算法都可以根据一个种子值，生成一系列的数字。
但是，由于算法本身的局限性，伪随机数生成器并不能产生真正意义上的随机数。
接着，我们来看真随机数生成器。
真随机数生成器是通过利用物理过程来产生随机数的。
常见的真随机数生成器包括基于热噪声、量子效应、大气噪声等。
这些真随机数生成器利用了自然界中的随机性，产生的随机数是真正意义上的随机数，不受任何规律性的约束。
真随机数生成器在密码学、安全通信等领域有着重要的应用，因为它们能够提供高质量的随机数，从而增强系统的安全性。
无论是伪随机数生成器还是真随机数生成器，它们都在计算机科学中扮演着非常重要的角色。
在实际应用中，我们需要根据具体的需求来选择合适的随机数生成器。
如果只是需要一些看似随机的数字，那么伪随机数生成器是一个不错的选择。
但如果需要高质量的随机数，那么真随机数生成器则是更好的选择。
总的来说，随机数生成器的原理涉及到数学、物理等多个领域，它们的设计和实现都需要深入的专业知识。
随机数生成器的选择对于系统的安全性和性能有着直接的影响，因此在实际应用中需要慎重考虑。
希望通过本文的介绍，读者能对随机数生成器的原理有所了解，并在实际应用中做出明智的选择。
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Rd1’
复位信号
9.10/4.38
2
D1
触发信号
∞/4.71
3
CP
时钟信号
9.10/4.90
4
Sd1’
控制
∞/4.68
5
Q1
同相位输出
3.71/3.00
6
Q1’
反相位输出
∞/6.28
7
GND
地
0/0
14
Vcc
电源
5/5
通过上图中的逻辑图和D触发器74LS74的逻辑功能表我们可以看出，74LS74是带有预置、清零输入，上升沿触发的边沿触发器。
图8 LED数码管的显示结果
表8LED数码管的显示原理
十进制数
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
2
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
3
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
4
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
5
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
6
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
7
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
8
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1.CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3=Q4=1，触发器的状态不变。同时，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，Q5=D，Q6=Q5=D。
2.当CP由0变1时触发器翻转。这时G3和G4打开，它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。Q3=Q5=D，Q4=Q6=D。由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=D。
表1、 器件列表
型号
名称
数目
74LS192
十进制计数器
1个
74LS74
D触发器
1个
74LS00
二输入与非门
1个
NE555
555定时器
1个
LED
七段数码显示管
1个
VCC
5V直流稳压电源
4个
单刀单掷开关
６个
信号灯
1个
电阻、电容
若干
以下主要对74LS192、74LS74、74LS00、NE555进行具体的介绍：
（5）、消隐电路：计数过程中不使译码／显示电路显示计数结果。
（6）、译码／显示电路：对计数结果进行实时显示，应有锁存功能。
（7）、信号显示灯：提示操作者产生结果，并保持灯亮。
（8）、外部操作信号：对控制电路进行操作，能实现“开始”、“停止”、“清零重新开始”等操作。
三 、器件选择
本设计用到的所有器件如下表1所示：
综上所述，对边沿D触发器归纳为以下几点：
1.边沿D触发器具有接收并记忆信号的功能，又称为锁存器；
2.边沿D触发器属于脉冲触发方式；
3.边沿D触发器不存在约束条件和一次变化现象，抗干扰性能好，工作速度快。
（三）、74LS00——与非门
74LS00的内部结构原理图及管脚如图4所示：
图4 74LS00内部结构图
（一）、74LS192——十进制计数器
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。
74L管脚图
74LS192的逻辑功能表如下表2所示
表2、74LS192的逻辑功能表
该器件能实现的功能为：
①该器件为双时钟工作方式，CP+是加计数时钟输入，CP-是减计数时钟输入，均为上升沿触发，采用8421 BCD码计数。
（2）、控制电路：产生控制信号，对脉冲信号进行控制，能实现锁存功能。根据锁存器的锁存功能实现锁存，可用SR锁存器或D触发器实现。本设计用D触发器实现。
（3）、信号处理器：对脉冲信号和控制信号进行综合，送入计数器和信号显示灯。用一个与非门实现。
（4）、计数器：对综合后的信号进行十进制循坏加计数，有直接清零功能。
二、总体框图及设计方案
1.课题分析
一位随机数发生器能实现的功能是在不受人的意志控制的情况下随机产生一个一位数。要实现随机，可以把0～9十个一位数以一定频率循环，按下开关后锁存住一个数并显示出来。由于人在正常的有意识的情况下反应速度应该＞0.1秒，所以这个频率要＞10Hz，可以取1000Hz，即每一个数字显示的时间为1毫秒，每一轮显示的时间为0.01秒，大于人的反应速度，而考虑到仿真时的具体情况，尽可能高一点，比如10ＭHz左右。
电路结构: 该触发器由6个与非门组成，其中G1和G2构成基本RS触发器。
图3 边沿D触发器的逻辑图和逻辑符号
工作原理:
SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=0且RD=1时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q=0，即触发器置1；当SD=1且RD=0时，触发器的状态为0,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。工作过程如下：
3.触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。这是因为G3和G4打开后，它们的输出Q3和Q4的状态是互补的,即必定有一个是0，若Q3为0，则经G3输出至G5输入的反馈线将G5封锁，即封锁了D通往基本RS 触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用,故该反馈线称为置0维持线,置1阻塞线。Q4为0时，将G3和G6封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁。Q4输出端至G6反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线；Q4输出至G3输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用,称为置0阻塞线。因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。总之，该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿后完成，所以有边沿触发器之称。与主从触发器相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度。功能描述：
2.设计方案
图1 一位随机数发生原理框图
根据课题分析,本设计要设计一个十进制计数器，并且对计数结果进行实时显示，并且要能实现对信号的控制和锁存。设计原理框图如上图1所示。图中各部分的作用如下：
（1）、脉冲信号发生电路：为计数器提供单脉冲信号。可以由非门和石英振荡器构成，可以由单稳态电路构成，可以由施密特触发器构成，也可以由555电路构成。本设计用555定时器构成。
表7555集成定时器的功能表
RD
TH
TR
u0
T
0
×
×
0
导通
1
大于2/3UCC
大于1/3UCC
0
导通
1
小于2/3UCC
小于1/3UCC
1
截止
1
小于2/3UCC
大于1/3UCC
保持
保持
（五）、LED七段数码显示管
数码显示器件种类繁多，其作用是用以显示数字和符号。用于十进制数的显示，目前使用较多的是分段式显示器。分段式显示器(LED数码管)由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光，有红、黄、绿等色。只要按规律控制各发光段的亮、灭，就可以显示各种字形或符号。从而对计数结果进行实时显示。LED数码管的显示结果如图8所示，其显示原理如表8所示：
555定时器的各个引脚功能如下：
1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
3脚：输出端Vo
2脚： 低触发端
6脚：TH高触发端
4脚： 是直接清零端。当 端接低电平，则时基电路不工作，此时不论 、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
②Cr为异步清0端，高电平有效。
③LD为异步预置控制端，低电平有效，当Cr=0、LD=0时预置输入端D、C、B、A的数据送至输出端，即QDQCQBQA=DCBA。
④进位输出和借位输出是分开的。
OC为进位输出，加法计数时，进入1001状态后有负脉冲输出，脉宽为一个时钟周期。
OB为借位输出，减法计数时，进入0000状态后有负脉冲输出，脉宽为一个时钟周期。
（二）、74LS74——D触发器
负跳沿触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。
电子课程设计
——一位随机数发生器
学院：电子信息工程学院
专业、班级：电气工程及其自动化班
姓名：
学号
指导老师：
2011年12月19日
一位随机数发生器
一、设计任务与要求
设计一个一位随机数发生器，当按下开关后，它将随机产生一个一位数，由数码管显示出来。它是无法由人的主观意志来决定的数码发生器，由于它不受人控制，因此将其用于摇奖号码机是符合公平和公正的原则的。