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使用 ADS1115 和 PIC32MZ2048EFH100 掌握我们迷人的随机数生成器的力量

随机奇迹:超出预测的数字!

RNG Click with Flip&Click PIC32MZ

已发布 6月 24, 2024

点击板

RNG Click

开发板

Flip&Click PIC32MZ

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC32MZ2048EFH100

通过将我们的创新随机数生成器集成到您的应用中,提升决策过程,确保选择公平并消除偏见。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

RNG Click 是基于德州仪器的ADS1115的随机数生成器(RNG),ADS1115是一款16位、I2C兼容的模数转换器,能够生成一系列无法通过合理预测来确定的随机数或符号。在计算中,硬件随机数生成器(HRNG)或真正的随机数生成器(TRNG)是通过物理过程而不是算法生成随机数的设备。这些设备通常基于微观现象产生低水平、统计上随机的“噪声”信号,如同在此Click板™中实现的那样。理论上,这个过程是完全不可预测的,这种不可预测性的理论断言可以通过实验测试来验证。这与通常通过软件实现的伪随机数生成范式形成对比。RNG Click的核心是通过晶体管Q1

(BC846B)的内部二极管产生的雪崩噪声。雪崩击穿是一种可以发生在绝缘材料和半导体材料中的现象。这是一种电流倍增现象,可以在原本是良好绝缘体的材料内产生大电流。当电场在过渡区域加速载流子,使其具有足够的能量通过与束缚电子的碰撞产生可移动或自由的电子-空穴对时,就会发生雪崩击穿。为了实现这一点,RNG Click还配备了基于德州仪器TPS61041的升压转换器,为该任务提供+18V的电源。由晶体管Q1和Q2产生的噪声信号,然后通过Q3放大,使用齐纳二极管限压,并使用NC7S14M5X逆变器数字化。之后,就可以获得随机的1和0的字符串,这些字符串被引

入德州仪器的ADS1115 - 16位sigma-delta ADC。电位器P1用于尽可能接近地设置1和0的分布,这由LD2和LD3 LED二极管指示。电位器P1应该设置为使LD2和LD3二极管均匀亮起。这样,当使用I2C协议通过ADS1115执行单次测量时,就可以获得真正的16位随机数。此Click板™只能在3.3V逻辑电压水平下运行。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,板上必须执行适当的逻辑电压电平转换。此外,该Click板™配有一个包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

RNG Click hardware overview image

功能概述

开发板

Flip&Click PIC32MZ 是一款紧凑型开发板,设计为一套完整的解决方案,它将 Click 板™的灵活性带给您喜爱的微控制器,使其成为实现您想法的完美入门套件。它配备了一款板载 32 位 PIC32MZ 微控制器,Microchip 的 PIC32MZ2048EFH100,四个 mikroBUS™ 插槽用于 Click 板™连接,两个 USB 连接器,LED 指示灯,按钮,调试器/程序员连接器,以及两个与 Arduino-UNO 引脚兼容的头部。得益于创

新的制造技术,它允许您快速构建具有独特功能和特性的小工具。Flip&Click PIC32MZ 开发套件的每个部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。此外,还可以选择 Flip&Click PIC32MZ 的编程方式,使用 chipKIT 引导程序(Arduino 风格的开发环境)或我们的 USB HID 引导程序,使用 mikroC、mikroBasic 和 mikroPascal for PIC32。该套件包括一个通过 USB 类型-C(USB-C)连接器的干净且调

节过的电源供应模块。所有 mikroBUS™ 本身支持的 通信方法都在这块板上,包括已经建立良好的 mikroBUS™ 插槽、用户可配置的按钮和 LED 指示灯。Flip&Click PIC32MZ 开发套件允许您在几分钟内创建新的应用程序。它由 Mikroe 软件工具原生支持,得益于大量不同的 Click 板™(超过一千块板),其数量每天都在增长,它涵盖了原型制作的许多方面。

Flip&Click PIC32MZ double image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC32

MCU 内存 (KB)

2048

硅供应商

Microchip

引脚数

100

RAM (字节)

524288

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
RD9
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
RA2
SCL
I2C Data
RA3
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

RNG Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Flip&Click PIC32MZ front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Flip&Click PIC32MZ作为您的开发板开始。

Flip&Click PIC32MZ front image hardware assembly
Buck 22 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Flip&Click PIC32MZ - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Flip&Click PIC32MZ MCU step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 RNG Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • rng_get_voltage - 此函数获取电压值(单位:毫伏)

  • rng_set_config - 此函数设置配置

  • rng_set_vref - 此函数设置所需的参考电压(vref)

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * \file 
 * \brief Rng Click example
 * 
 * # Description
 * This click is a random number generator. The device contain potentiometer which control voltage
 * so it generates a sequence of numbers or symbols that cannot be reasonably predicted better 
 * by a random chance. Random number generators have applications in gambling, statistical sampling,
 * computer simulation, cryptography, completely randomized design, and various other areas. 
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes driver, then sets configuration and voltage reference.
 * 
 * ## Application Task  
 * It reads ADC value from AIN0 channel then converts it to voltage and 
 * displays the result on USB UART each second.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "rng.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static rng_t rng;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    rng_cfg_t cfg;

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, "---- Application Init ----" );

    //  Click initialization.

    rng_cfg_setup( &cfg );
    RNG_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    rng_init( &rng, &cfg );

    rng_default_cfg( &rng );
}

void application_task ( void )
{
    float voltage;

    voltage = rng_get_voltage( &rng );

    log_printf( &logger, "Voltage from AIN0: %.2f mV\r\n", voltage );
    log_printf( &logger, "-----------------------\r\n" );
    Delay_ms( 1000 );
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}


// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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