ATmega1 28單片機的真隨機數(shù)發(fā)生矗

引 言
隨機數(shù)已廣泛地應(yīng)用于仿真、抽樣、數(shù)值分析、計算機程序設(shè)計、決策、美學(xué)和娛樂之中。常見的隨機數(shù)發(fā)生器有兩種：使用數(shù)學(xué)算法的偽隨機數(shù)發(fā)生器和以物理隨機量作為發(fā)生源的真隨機數(shù)發(fā)生器。要獲取真正隨機的真隨機數(shù)，常使用硬件隨機數(shù)發(fā)生器的方法來獲取。這些真隨機數(shù)都是使基于特定的真隨機數(shù)發(fā)生源(如熱噪聲、電流噪聲等)，每次獲取的真隨機數(shù)都是不可測的，具有很好的隨機性。
真隨機數(shù)因其隨機性強，在數(shù)據(jù)加密、信息輔助、智能決策和初始化向量方面有著廣泛應(yīng)用，構(gòu)建一種基于硬件真隨機數(shù)發(fā)生源，具有廣泛的應(yīng)用價值。但目前硬件真隨機數(shù)發(fā)生源均較復(fù)雜，而且很少有基于單片機的真隨機數(shù)發(fā)生器。本文利用RC充放電的低穩(wěn)定度，根據(jù)AVR單片機的特點設(shè)計了一種性價比極高的真隨機數(shù)發(fā)生器。該隨機數(shù)發(fā)生器使用元件很少，穩(wěn)定性高，對一些價格敏感的特殊場合，如金融、通信、娛樂設(shè)備等有較大的應(yīng)用意義。

1 基本原理和方法
1．1 基本原理
串聯(lián)的RC充放電電路由于受到漏電流、電阻熱噪聲、電阻過剩噪聲、電容極化噪聲等諸多不確定性因素的影響，其充放電穩(wěn)定度一般只能達到10－3。利用這種RC充放電的低穩(wěn)定度特性實現(xiàn)廉價的真隨機數(shù)發(fā)生源。
Atmel公司AVR單片機ATmega 128以其速度快、功能強、性價比高等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于各種嵌入式計算場合。利用AVR單片機引腳配置靈活多樣的特點，使用Amnega128兩個I／O口作為真隨機數(shù)的電氣接口。
其原理如圖1所示。主要原理是利用串聯(lián)RC電路的不確定性產(chǎn)生真隨機數(shù)源，收集數(shù)據(jù)，通過AVR單片機ATmega128和主時鐘電路量化RC電路的充放電時問，獲得不確定的2位二進制數(shù)據(jù)，再利用程序?qū)⒚?次采集的數(shù)據(jù)綜合，最后產(chǎn)生1個8位的真隨機數(shù)。