ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ
  
Содержание 
Введение 
1. Основная часть 
1.1 Схемотехническая часть 
1.1.1	Перечень элементов 
1.1.2	Описание работы используемых элементов 
1.1.3	Описание работы схемы 
1.2	Программная часть 
1.2.1	Алгоритм 
1.2.2	Листинг программы 
2. Быстродействие 
3. Себестоимость 
4. Надежность 
Заключение 
Список используемой литературы 
Приложение 
Графическая часть на одном листе формата А3. 	
  
  Введение 
С момента своего создания компьютеры всё больше и больше проникают в нашу жизнь. Они находят своё применение, как в быту, так и на производстве. В автоматизированных цехах и заводах широко применяется оборудование с использованием микропроцессоров и микроЭВМ. Их использование в составе промышленного оборудования обеспечивает снижение его стоимости по сравнению с системами на элементах малой и средней степени интеграции 
В своей курсовой работе я попытался показать, как можно реализовать на элементах простой логики довольно сложную функцию – генерацию случайного числа. Свою задачу я построил как на аппаратной, так и на программной основе. Программная часть реализована для центрального процессорного элемента КР580ИК80А являющегося функционально законченным однокристальным параллельным 8-ми разрядным микропроцессором с фиксированной системой команд 
Курсовая работа включает в себя расчет себестоимости, надежности и быстродействия спроектированного продукта 
1. Основная часть 
1.1 Схемотехническая часть 
1.1.1	Перечень элементов 
Таблица 1 
DD1, DD2, DD3, DD4 	К555ИР16 	
DD5, DD13 	К555ЛП5 	
DD6, DD7, DD8, DD9 	К555ЛЛ1 	
DD10, DD11, DD12 	К555ЛА7 	
DD14, DD15, DD16 	К555ЛН1 	
R1, R2 	4 кОм 	
R3 	700 Ом 	
VD1, VD2, VD3, VD4, VD5, VD6, VD7, VD8, VD9,VD10, VD11, VD12, VD13, VD14, VD15, VD16 	АЛ307Г 	
  
1.1.2 Описание работы используемых элементов 
К555ИР16 
Микросхема К555ИР16 — четырех разрядный регистр сдвига влево с последовательно-параллельным вводом и параллельным выводом информации. Запись и сдвиг информации разрешены по срезу импульса на шине синхронизации С. При высоком уровне сигнала на входе С, регистр сохраняет предшествующее состояние 
Регистр имеет вход последовательного ввода информации D, четыре информационных входа D0-D3, вход выбора режима V и вход разрешения считывания 
При низком уровне сигнала на входе выбора режима V регистр подготовлен к выполнению операции последовательного сдвига, на входе D при наличии сигнала на входе синхронизации С. При высоком уровне сигнала на входе D разрешена запись начального кода входов поразрядной информации. Для операции последующего сдвига сигнала от состояния начального кода необходимо на входящую информацию последовательного входа D подать низкий уровень сигнала. Считывание информации разрешено при высоком уровне на входе разрешения W. При низком уровне на входе W выходы регистра Q находятся в выключенном состоянии. Регистр может осуществлять операцию сдвига вправо при внешнем объединении выходов со входами поразрядной информации от старшего разряда к младшему. Состояние регистра описывает табл. 2 
Ток потребления микросхемы К555ИР16 29 мА, максимальная частота 30 МГц. Выходной ток короткого замыкания буферного каскада составляет 30 . . . 100 мА 
Таблица 2 
Входы 	Выходы 	
W 	V 	C 	D 	D0 	D1 	D2 	D3 	Q1 	Q2 	Q2 	Q3 	
H 	H 	H 	X 	X 	X 	X 	X 	q0 	q1 	q2 	q3 	
H 	H 	Ї 	X 	d0 	d1 	d2 	d3 	d0 	d1 	d2 	d3 	
H 	H 	Ї 	X 	q’1 	q’2 	q’3 	d3 	q’1 	q’2 	q’3 	d3 	
H 	L 	H 	X 	X 	X 	X 	X 	q0 	q1 	q2 	q3 	
H 	L 	Ї 	H 	X 	X 	X 	X 	H 	q0 	q1 	q2 	
H 	L 	Ї 	L 	X 	X 	X 	X 	L 	q0 	q1 	q2 	
L 	X 	X 	X 	X 	X 	X 	X 	Z 	Z 	Z 	Z 	
  
К555ЛП5				Таблица 3 
Входы 	Выход 	
H 	L 	L 	
L 	L 	H 	
H 	H 	Н 	
описывает состояние одного элемента из микросхемы. Микросхема К555ЛП5 потребляет ток 10 мА 
К555ЛЛ1 
Четыре логических элемента 2ИЛИ. Микросхема имеет два вход на каждый элемент, на выходу вырабатывается сигнал логического ИЛИ 
К555ЛА7 
Два логических элемента 4И — НЕ с открытым коллекторным входом и повышенной нагрузочной способностью 
К555ЛН1 
Шесть логических элементов НЕ 
1.1.2	Описание работы схемы 
По заданию необходимо построить схему усовершенствованного 16-разрядного генератора псевдослучайных чисел, в котором число 0 включено в последовательность случайных чисел. Для осуществления этой цели были выбраны четыре сдвиговых регистра влево, выходы которого выдают число на выходную шину. ( В начале работы в регистры заносится число 4146h. Возможно так же занесение любого другого числа. Для этого необходимо подключить к входам параллельного ввода информации регистров: “землю”, если необходимо записать ноль в соответствующий разряд и пятый выход входной шины, если необходимо записать единицу.) 

Затем, на входы последовательного ввода информации каждого регистра, поступает уровень записываемого сигнала, который получается по функции 
D = Q3 Е Q4 , 							(1) 
где Q3 и Q4 это выходы соседних регистров 
В результате, по срезу импульса С (по нажатию кнопки SB1) в регистр записывается уровень сигнала со сдвигом влево 
Связь регистров между собой: уровень для регистра DD1 формируется с выходов регистра DD4, для DD2 – с выходов регистра DD1, для DD3 – с выходов регистра DD2, а для DD4 – с выходов регистра DD3, 
В процессе работы устройства происходит проверка на выдачу регистрами чисел 0000h или FFFFh, причем при появлении числа FFFFh в регистры заносится число 0000h, а при появлении 0000h в регистры заносится число 414Bh (т..е. число соответствующее включению схемы) 
Чтобы реализовать индикацию числа были выбраны светодиоды, на которые поступаю инвертированные сигналы от регистров. Светодиоды подключены в обратном направлении, через сопротивление R3. Как только в разрядах регистров появляется высокие уровни сигнала, соответствующие им светодиоды загораются зеленым светом 
  
1.2 Программная часть 
1.2.1 Алгоритм 

  
1.2 Листинг программы 
Адрес 	Код 	Метка 	Мнемокод 	Комментарий 	
1000 	0E 02 	FRANDOM: 	MVI C,2 	;Занесение числа в регистр C ;(установили первый счетчик). 	
1002 	7D 	MALKOT1: 	MOV A,L 	;Заносим содержимое регистра L в ;аккумулятор. 	
1003 	E6 07 	  	ANI 7 	;Все биты кроме трех младших ;устанавливаем в 0. 	
1005 	3C 	  	INR A 	  	
1006 	71 	  	MOV B,A 	;Заносим содержимое аккумулятора ;в регистр B(установили счетчик2). 	
1007 	7D 	  	MOV A,L 	;Заносим содержимое регистра L в ;аккумулятор. 	
  	  	  	  	;Производим действия над ;аккумулятором, такие как: 	
1008 	C6 41 	MALKOT2: 	ADI 41H 	;Сложения байта с содержимым ;аккумулятора. 	
100A 	07 	  	RLC 	;Циклический сдвиг содержимого ;аккумулятора влево. 	
100B 	0B 	  	DCR B 	;Уменьшаем первый счетчик рег.В 	
100C 	C2 08 10 	  	JNZ MALKOT2 	;Если содержимое счетчика не 0, ;переход по метке MALKOT. 	
100F 	6F 	  	MOV L,A 	;Иначе, заносим содержимое ;аккумулятора в регистр L. 	
1010 	0D 	  	DCR C 	;Уменьшаем второй счетчик рег.С 	
1011 	CA 1A 10 	  	JZ END 	;Если счетчик равен нулю то переход ;на конец программы, по метке END 	
1014 	44 	  	MOV B,H 	;Меняем местами содержимое 	
1015 	65 	  	MOV H,L 	;регистров Н и L при помощи 	
1016 	68 	  	MOV L,B 	;промежуточного регистра В 	
1017 	C3 0210 	  	JMP MALKOT1 	;Если содержимое регистра не 0, ;переход по метке FRANDOM 	
101A 	C9 	END: 	RET 	;Иначе выход из подпрограммы 	
2 Быстродействие 
Оценим временные затраты на выполнение программного модуля генерации случайного числа на БИС КР580ИК80. Так как в программе блок “действия над аккумулятором” работает в цикле число проходок которого может быть случайное число раз от 8 до 1, то и программа выполняется соответственно за: 
•	минимальное количество тактов -188, 
•	максимальное - 552 такта. 
Максимальная тактовая частота процессора КР580ИК80 составляет 2.5 МГц 
T = 1 / n 					(2) 
т.е. один такт выполняется за 0.4 мкС., следовательно блок будет выполнятся за: 
•	минимальное время выполнения программы - 75.2 мкС 
•	максимальное время выполнения программы - 220.8 мкС 
3 Себестоимость 
Себестоимость схемы генератора псевдослучайных чисел рассчитывается с учетом заработной платы всех работников, которые принимали участие в создании данного устройства и материальных затрат на изготовление самой схемы 
Данные по зарплате приведены в табл. 4. Стоимость материалов приведена в табл.5 
Таблица 4 
Должность 	Оплата за 1 час 	Кол-во часов 	Итого 	
Инженер-схемотехник 	5 р. 	40 	200 р. 	
Электронщик 	3 р. 	8 	24 р. 	
Монтажник 	8 р. 	4 	32 	
Таблица 5 
Микросхема 	Количество, шт. 	Затраты на 1 шт., р. 	Общие затраты, р. 	
К555ИР16 	4 	7 	28 	
К155ЛП5 	2 	2.4 	4.8 	
К155ЛЛ1 	4 	3.5 	14 	
К555ЛА7 	3 	3 	9 	
К555ЛН1 	3 	3.2 	9.6 	
АЛ307Г 	16 	1.5 	24 	
Таким образом находим с помощью таблицы находится общая стоимость S путем суммирования всех затрат 
S = 28+4.8+14+9+9.6+24+200+24+32 = 345.40 
Себестоимость программы генерации случайного числа так же рассчитывается с учетом заработной платы программиста, который принимал участие в создании данного продукта 
Таблица 6 
Должность 	Оплата за 1 час 	Кол-во часов 	Итого 	
Инженер-программист 	10р. 	16 	160 р. 	
  
4 Надежность 
Схема содержит: 
	42 логических элемента; 
	4 запоминающих устройства 
	1 кнопку 
	235 паек 
Величина интенсивности отказа для логических элементов составляет 10 -9 час -1 , для запоминающих устройств – 10 -7 час -1 , для пайки 10 -9 час -1 , для выключателей и кнопок 10 -7 час -1 
l=еl i* n, 							(3) 
где 
l i – интенсивность отказа для i-го элемента, а n – количество элементов 
l=7.77*10 -7 
Вероятность безотказной работы: 
P(t)=e -l t 							 (4) 

5 Заключение 
В данной курсовой работе разработана электрическая схема 16-разрядного генератора псевдослучайных чисел, в котором число ноль включено в последовательность случайных чисел. Схема разработана на четырех 4-разрядных сдвиговых регистрах и логических элементах обеспечивающих выработку информационных и управляющих сигналов для этих регистров. Для визуального отображения случайного числа в двоичной форме используются 16 светодиодов 
Помимо схемы в работе присутствует программный модуль, обеспечивающий генерацию 16-разрядных псевдослучайных чисел и их размещение по адресу, хранящемуся в парном регистре H-L, для МП БИС КР580ИК80 
Так же в работе рассчитаны временные затраты на выполнение действий в программе, себестоимость проделанной работы, а так же надежность схемы, выраженная в графике вероятности безотказной работы схемы. По графику видно что надежность схемы, из-за своей простоты, получилась довольно высокой 
Временные затраты на выполнение действий в программе из-за своего алгоритма колеблются от 75.2 до 220.8 мкС 
Себестоимость рассчитана отдельно для программной и схемотехнической части: 
•	себестоимость схемотехнической части = 345.40 руб. 
•	себестоимость программной части = 160.00 руб. 
Список используемой литературы 
1. Преснухин Л.Н. “Микропроцессоры” , Москва: “Высшая школа” 1996 – 351с 
2. Усатенко С.Т. “Выполнение электрических схем по ЕСКД” , Москва: “Издательство стандартов”, 1989 –325с 
3. Хвощ С.Т. “Микропроцессоры ЭВМ и микроЭВМ”, Ленинград: “Машиностроение” 1987 – 639с 
4. Шило В.Л. “Популярные цифровые микросхемы”, Москва: ”Радио и связь” 1988 	–352 с