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1、一位随机数发生器的设计与制作论文 11 论文题目：一位随机数发生器的设计与制作 专 业： 电子科学与技术 姓 名: 签名： 指导老师： 签名： 摘要 本篇论文主要介绍了由纯硬件设计构成的一位随机数发生器，可用做简单的电子摇 奖器。设计功能的实现主要可分为高频脉冲发生器，控制电路，计数、译码、显示电路， 以及工作状态指示灯电路四部分。其中：高频脉冲发生器主要是由 555定时器所构成的 多谐振荡器，可产生设计要求的频率为100KHZ的脉冲；控制电路部分由双D触发器CD4013 实现；计数、译码、显示部分主要是由集成电路芯片CD4510、CD4511、及共阴极的七段 数码显示管构成；工作状态指示灯主
2、要是用来检测电路是否正常工作。 一位随机数发生器设计过程中，充分使用了大学四年学习的模拟电子技术、数字电 子技术及电路分析等知识，并使用Protues仿真软件对电路进行仿真测试， 通过对开关按钮和复位按钮的闭合打开，可实现从之间数字的随机显示，且其随机性完 全不可预测。非常适合当简单的电子摇奖器使用。 【关键词】 随机数发生器 高频脉冲发生器 555定时器 双D触发器 【论文类型】 应用型 1 1 22 Title：Designing andfabrication ofa randomnumber generator Major: Electronicscience andtechnology
3、 Signature: Signature: Name: SSiiggnnaattuurree: Signature: Signature: Supervisor: SSiiggnnaattuurree: ABSTRACT This thesis introduces a random number generator constituted by a pure hardware design, can be used as a simple electronic lottery. The design function can be divided into four parts,inclu
4、ding:high-frequency pulse generator, the control circuit, counting, decoding, and display circuits, and working status indicator circuit . Among them: high-frequency pulse generator is posed by the 555 timer multivibrator, the frequency of designing is 100KHZ; control circuit is made up by the dual
5、D flip-flop CD4013; counting,ecoding,and displaying section by the IC CD4510, CD4511, and common cathode seven-segment digital display tube form; workstatusindicatoris used todetectcircuit is working properly. The design process of a random number generator, full use of the four years of study by th
6、e University of analog electronics, digital electronics and circuit analysis, and knowledge, and use Protues simulation software simulation testing of the circuit.To open the closure of the switch button and reset button, numbers from 0 to 9 displayed randomly, and the randomness is completely unpre
7、dictable.Its suitable to useforasimple electronic lottery. Key words Key words Key wwoorrddss】 random number generator pulse generator 555 Timer dual D 【Key flip-flop Type ofThesis Type ofThesis 【TTyyppeeooffTThheessiiss】 Application 2 2 33 绪论 1随机数概述 随机向量（或随机变量）的样本即称为随机数，是专门的随机试验的结果。它 被广泛应用与系统仿真、测试、
8、信息安全等领域。其产生方法的研究也有着悠久的 历史，至今仍有学者继续其产生理论及方法的研究。 产生随机数有很多种不同的方法，它们大致可分为手工方法，物理方法，数学 方法和随机数表方法四种。这些方法被统称为随机数发生器。随机数最重要的特性 是：后面产生的那个数与前面产生的数毫无关系。其中：物理方法，即使用物理现 象产生的是真正的随机数，比如掷钱币，骰子等。这样的随机数发生器又可称为物 理性随机数发生器，利用物理噪声作为随机源，因为其对技术要求较高，所以一般 适用在对安全性和速度要求都比较高的场合。随机数表是由统计工作者用计算机生 成的随机数组成，并保证表中每个位置上出现任何数字的概率是相等的，因
9、此，利 用随机号码表来抽取样本可以保证各个体被抽取的概率相同。而数学方法则是利用 数学递推公式产生随机数，且因其所占系统内存少，应用快捷方便的特点成为目前 发展最快，应用最广的一类随机数产生方法。但与用物理方法产生的真随机数相比， 数学方法所产生的随机数被称为伪随机数。 在现实生活中，伪随机数应用远远多于真随机数。伪随机数列表面上看起来好 像是随机的，但实际上，他们是通过一个预先特定的，可无限重复的方法产生的， 且具有一定的周期性，如果种子相同，则会产生相同的随机序列。因此，攻击者若 具有很高的计算能力，往往可以很轻松的破解伪随机序列，从而获取一定的信息。 由于随机数发生器是一种完全不由人主观
10、控制的数码发生器，可作为摇奖号码机来 使用。只有用真随机数发生器才能达到预期效果，产生真正的，不可预测的随机数，学 生可以利用所学的模拟电子技术和数字电子技术知识完成对此电路的设计与制作，从而 理解所学电路知识在实际生活中的应用。 2实现随机数发生器的设计方法 我们通常所能见到的随机数发生器实现方法有很多种：利用软件实现，比如：用FPGA， 3 3 44 Excel等方式实现随机数的发生，也可以通过数学的方法实现，比如： 蒙特卡洛法等。 还可以根据分布方法的不同来区分随机数发生器，比如：均匀分布，正态分布，指数分 布等等。 3 随机数发生器的国内外发展与研究现状 目前，随着科学技术以及人们生活
11、水平的不断提高，统计学在生活中应用越来越广 泛，随机数发生器在军事，商业以及信息安全领域的应用性也越来越强。而随机数的出 现无疑是统计学有了更好的独立性，国内外对随机数发生器的研究也越来越重视，并广 泛被政府，各大金融机构及军事研究方向。 早在1985年Intel公司研究受控EEPROM芯片时曾使用过一个简单的随机数发生器， 后来又利用电阻上的热噪声设计了一种才用双振荡器结构的随机数发生器。 1997年，Georgia Institute of Technology在1.2M Bi-COMS工艺上开发了基于运 算放大器噪声的随机数发生器芯片。 2000年，C.S.Pstrie 和 J.A.Co
12、nnelly通过结合采样震荡环噪声，发达后的噪声源 以及离散时间混沌映射这三个熵源，很好地解决了硬件实现随机序列时因受物理环境影 响而产生的相关性问题。 2002年，瑞士日内瓦大学提出量子效应随机数发生器的设计研究。与此同时，中国 科学院院士冯凯峰等人也积极投入量子随机数发生器的研究工作中。 2003年，中科院苏桂平等人利用电路内部噪声信号，依据小波分析理论建立物理噪 声源的随机模型。同年，M.Bucci等人构建时钟驱动DFF对稳定时钟快速采样，解决了因 抖动密度不够而造成的随机性能差，输出效率低的基于振荡环采样的随机源问题。 随着随机数发生器的在密码和信息安全领域的使用越来越频繁，真随机数发生器算 法及纯硬件设计的随机数发生器也不断地出现。在随机数的研究方面，国外水平总体领 先于国内。但总体来说，对随机数的了解和研究都还不够深入和透彻，都还不能够摆脱 掉伪随机数的影子。的确，目前来说，不论是技术支持方面，还是环境配置方面都制约 着我们，大多数时候，我们只能去研究伪随机数，只能做到尽可能的无限接近真随机数，
