前言

一、实验相关电路图

二、实验理论与寄存器有关

移位寄存器-toc" style="margin-left:40px;">1.线性反馈移位寄存器

2.CC2530随机数发生器简介

3.CC2530随机数发生器的运行

4.实验相关寄存器

三、源码分析

四、实验结果

前言

本实验用于学习上一节CC2530芯片：随机数的产生本实验主要介绍LFSR，CC2530产生随机数的过程本实验的目的产生随机电压后，通过串口发送到上位机显示

一、实验相关电路图

由于发光二级管的单向导电特性，也就是说，只有在正电压(二极管正极接正，负极接负)下才能导致发光。P1.0 引脚接发光二极管D1负极，所以 P1.0 引脚输出低电平 D1 亮， P1.0 引脚输出亮电平 D1 熄灭。

二、实验理论与寄存器有关

1.线性反馈移位寄存器

线性反馈移位寄存器（linear feedback shift register, LFSR）是指将输出的线性函数作为输入的移位寄存器，给定前一状态的输出。不同或操作是最常见的单比特线性函数：输入寄存器的某些位置，然后将寄存器中的每个比特整体移位。赋给LFSR初始值称为种子随机种子的选择决定了输出伪随机序列不同的是，由于线性反馈移位寄存器的操作是确定的，寄存器生成的数据流完全取决于寄存器的当前或以前的状态，而且由于寄存器的状态有限，它必须是一个重复的循环。但通过它最初的多项式，LFSR它可以生成一个看起来随机的序列，循环周期很长nD 触发器和几个不同的或门组成，nD触发器最多可以提供2^n-一种状态，如下图所示：

假设给定的初始值为3阶线性反馈移位寄存器SEED = (R2, R1, R0) = (1, 0, 1)，所以第一阶段:R2=R1=0，R1=R0=1，R0=R1⊕R2=1...其工作流程如下：

阶段	R2(=R1)	R1(=R0)	R0(=R1⊕R2)
0	1	0	1
1	0	1	1
2	1	1	1
3	1	1	0
4	1	0	0
5	0	0	1
6	0	1	0
7	1	0	1

由上可得出：周期为2^3-1=7，其多项式对应为：

2.CC2530随机数发生器简介

CC2530的随机数发生器，可以产生伪随机字节，可以被CPU读取，或由命令选通处理器直接使用；计算写入到RNDH的CRC16字节；由写入到RNDL的值播种。线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Register，LFSR)和循环冗余码（Cyclic Redundancy Check，CRC）是微控制器中常用的底层原理。LFSR用于生成伪随机数，后者用于生成检错码。他们的数学原理都是一样的。 CC2530随机数发生器是一个 16 位的线性反馈移位寄存器 LFSR，带有多项式（即 CRC16），显然该多项式产生的随机数最大为：2^16-1。根据执行的操作，它使用不同级别的展开值。基本的形式（不展开）如下图所示。当 ADCCON1.RCTRL=11 时，随机数发生器就关闭。

随机数发生器的运行是由 ADCCON1.RCTRL 位控制的。LFSR 的16位移位寄存器的当前值可以从 RNDH 和 RNDL 寄存器中读取。

3.CC2530随机数发生器的运行

随机数发生器的运行是由 ADCCON1.RCTRL 位控制的。LFSR 的 16 位移位寄存器的当前值可以从 RNDH 和 RNDL 寄存器中读取。（1）伪随机数列的生成：默认操作（ADCCON1.RCTRL 是 00）是命令选通处理器每次读取随机值，就通知LFSR 一次（不展开的 13x，其中通知不展开的 13x 意味着执行 13 次反馈移位的一个操作等式）。这保证来自 LFSR 末端的 LSB 一个新的伪随机字节的有效性。更新 LFSR的另一种方式是设置 ADCCON1.RCTRL 为 01。这将每次通知 LFSR（不展开的 13x），且当操作完成时，ADCCON1.RCTRL 位将自动清除。（2）种子数的产生：LFSR 可以通过写入 RNDL 寄存器两次产生种子数。每次写入 RNDL 寄存器，LFSR 的 8 位 LSB 复制到 8 位 MSB，8 位 LSB 被替换为写入 RNDL 的新的数据字节。当需要一个真正的随机值，LFSR 通过写入 RNDL 产生种子，随机值来自在 RF接收路径的 IF_ADC。要使用这种产生种子的方法，无线电必须首先上电。无线电应处于无限 TX 状态，以避免 RX 状态可能的同步检测。来自 IF_ADC 的随机值从 RF 寄存器 RFRND 中读出。读出的值作为种子值写入 RNDL 寄存器。这可以在为正常任务使用无线电时完成。但当种子值 0x0000 或 0x8003 将总会导致 LFSR 中的值通知之后不改变，因为没有值通过 in_bit 推入，因此，不能用于随机数的产生。（3）CRC16：LFSR 也可以用于计算一个字节序列的 CRC 值。写入 RNDH 寄存器的操作将触发一个 CRC 计算。新的字节从 MSB 末端处理，使用一个 8x 的未展开式，此时一个新的字节可以在每个时钟周期写入到 RNDH。而在开始 CRC 计算之前，LFSR 必须通过写 RNDL 正确产生随机数。通常产生的用于 CRC 计算的种子数值应该是 0x0000 或0xFFFF。

4.实验相关寄存器

下表中加粗部分的字是本实验配置的寄存器方法。 寄存器下方标有“（部分）”两字说明：本实验用到该寄存器的部分位，并不表示该寄存器只有这几位。

目的	寄存器	位	描述
产生随机数	RNDL[7:0]		随机值/种子或CRC结果，低字节当用作随机数产生，写入这个寄存器两次将把随机数播种到发生器。写该寄存器复制LFSR的8LSB到8MSB，并且用写入的数据值取代8LSB。读时从该寄存器返回LFSR的8LSB。当用作随机数产生，读这个寄存器返回随机数的8LSB。当用作CRC计算，读这个寄存器返回CRC结果。
产生随机数	RNDH[7:0]		随机值或CRC结果/输入数据，高字节当写的时候,将触发一个CRC16计算，写入数据值的处理开始于MSB位。读时该寄存器返回LFSR的8MSB。当用作随机数产生，读这个寄存器返回随机数的8LSB。当用作CRC计算，读这个寄存器返回CRC结果的8LSB。
ADC	ADCCON1(0xB4)— ADC控制1 (部分)	Bit[3:2] RCTRL[1:0]	控制16位随机数发生器。当写01时，当操作完成时设置将自动返回到00。00：正常运行。(13X型展开)01：LFSR的时钟一次(没有展开). 10：保留 11：停止。关闭随机数发生器
P1.0作LED	P1SEL(0xF4)		P1.7到P1.0的功能选择0：通用I/O 1：外设功能 (由于P1.0和P1.1没有上拉/下拉功能，P1INP暂时不需要配置)
P1.0作LED	P1DIR(0xFE)		P1.7 到 P1.0 的 I/O 方向 0：输入 1：输出
端口0作外设	PERCFG(0xF1)— 外设控制 (部分)	Bit[0] U0CFG	USART0的I/O位置 0：备用位置1 1：备用位置2
P0.2与P0.3作外设	P0SEL(0xF3)– 端口0功能选择	Bit[7:0] SELP0	P0.7 到 P0.0 的功能选择 0：通用 I / O 1：外设功能
异步串行通信	U0CSR(0x86)- USART0控制和状态 (部分)	Bit[7] MODE	USART模式选择 0：SPI模式 1：UART模式
波特率	U0GCR (0xC5)–USART0通用控制 (部分)	Bit[4:0] BAUD_E	波特率指数值。BAUD_E和BAUD_M决定了UART波特率和SPI的主SCK时钟频率
波特率	U0BAUD (0xC2)– USART 0波特率控制	Bit[7:0] BAUD_M	波特率小数部分的值。BAUD_E和BAUD_M决定了UART的波特率和SPI的主SCK时钟频率
通信设置(非必须)	U0UCR(0xC4)–USART0UART控制 (部分)	Bit[7] FLUSH	清除单元。当设置时，该事件将会立即停止当前操作并且返回单元的空闲状态
		Bit[6] FLOW	UART硬件流使能。用RTS和CTS引脚选择硬件流控制的使用。 0：流控制禁止 1：流控制使能
		Bit[4] BIT9	UART9位数据使能。当该位是1时,使能奇偶校验位传输（即第9位）。如果通过PARITY使能奇偶校验，第9位的内容是通过D9给出的。 0：8位传送 1：9位传送
		Bit[3] PARITY	UART奇偶校验使能。除了为奇偶校验设置该位用于计算，必须使能9位模式。 0：禁用奇偶校验 1：奇偶校验使能
中断设置	UTX0IF 发送中断标志	IRCON2 Bit1	USART 0 TX中断标志 0：无中断未决 1：中断未决
缓存	U0DBUF		USART0接收/发送数据缓存
种子数据来源(了解即可)	RFRND(0x61A7)– 随机数据	Bit[7:2]	保留。读作0
		Bit[1]-QRND	接收器Q通道的随机位
		Bit[0]-IRND	接收器I通道的随机位

下面为其他寄存器介绍（有点复杂，了解即可，可跳过）： CSP允许CPU发出命令选通到无线电，从而控制无线电的操作。CSP有两种操作模式，描述如下。 · 立即执行命令选通。 · 执行程序立即命令选通被写作立即命令选通指令到CSP，立即发给无线电模块。立即命令选通指令也只能用于控制CSP。立即命令选通指令描述在19.14.8节。执行程序模式意味着CSP从程序存储器或指令存储器执行一系列的指令，包括一个很短的用户定义的程序。可用的指令来自一个20条指令的集合。指令集定义在19.14.8节。所需的程序首先被CPU加载到CSP中，然后CPU指示CSP开始执行程序。程序中不使用立即选通指令（ISxxx）情况：当这些指令写到RFST寄存器，它们被立即执行，但如果CPU已经执行了一个程序，当前指令被延迟，直到立即选通指令执行完毕。3.(2)小节中说道：要使用这种产生种子的方法，无线电必须首先上电。无线电应处于无限 TX 状态，以避免 RX 状态可能的同步检测。所以要一直维持TX状态，禁止其他程序执行。当RFST写入0xE2时，CPU就会执行0xE2对应的指令集中的子指令——ISSTOP，该指令会停止CSP程序执行，且声明IRQ_CSP_STOP中断标志。

寄存器	位	描述
RFST(0xE1)–RFCSMA-CA/选通处理器	Bit[7:0]	写入该寄存器的数据被写到CSP指令存储器。读该寄存器返回当前执行的CSP指令。

三、源码分析

/****************************************************************************
* 文 件 名: main.c
* 描    述: 产生10V以内的两位小数的随机电压发送给上位机显示
****************************************************************************/
#include <ioCC2530.h>

#define uchar unsigned char  //宏定义uchar为unsigned char
#define uint unsigned int    //宏定义uint为unsigned int
#define LED P1_0             //宏定义LED为P1_0脚
uint Random=0;
char Rand_data[6]="0.00V ";    //定义串口数组，用来存储自定义发送的电压

void Init_LED();             //声明LED 初始化函数
void Init_UART0();           //声明串口0初始化函数
void UR0_SendString(char *str,char len);//声明字符串发送函数
void LED_RUN();              //声明LED闪烁函数
void Delay(uint ms);         //声明延时函数
void Init_RandomGenerator(void);      //声明随机数产生函数
/*======================主程序入口==================*/
void main(void)              
{ 
  uint Data_H,Data_L;
  CLKCONCMD &= ~0x40;               //设置系统时钟源为32MHZ晶振
  while(CLKCONSTA & 0x40);          //等待晶振稳定为32M
  CLKCONCMD &= ~0x47;   
  
  Init_RandomGenerator(); //初始化随机数发生器
  Init_LED();                //LED 初始化
  Init_UART0();              //串口0初始化
  
  while(1)                   //一直执行
  {
    //更新LFSR    
    ADCCON1 |= 0x04;
                
    Data_H=RNDH;  //读相关寄存器
    Data_L=RNDL;
    Random = (((uint)Data_H << 8) | Data_L);//获取随机数,最大为2^16-1=66535
    
    Rand_data[0]=(char)(Random)%10+'0';   //取随机数的个位
    Rand_data[2]=(char)((Random)/10)%10+'0';//取随机数的百位
    Rand_data[3]=(char)((Random)/100)%10+'0';//取随机数的千位
    //下方4行是16进制数转化存储，数组的一位存放2位16进制数字；接收端需支持16进制接收
    //Rand_data[0]=(char)(Random/4096);   
    //Rand_data[1]=(char)((Random%4096)/256);
    //Rand_data[2]=(char)(((Random%4096)%256)/16);
    //Rand_data[3]=(char)(((Random%4096)%256)%16);
    UR0_SendString(Rand_data,6);//将结果通过串口发送给上位机
    LED_RUN();//发送完一次LED状态改变一次
    Delay(1000);//延时一段时间
  }
}

void Delay(uint ms)             //ms级延时函数
{
  uint i,j;
  for(i=0; i<ms; i++)
    for(j=0; j<535;j++);
}
void Init_LED()            //初始化LED 
{
  P1SEL &= ~0x01;          //LED P1.0为普通IO口
  P1DIR |= 0x01;           //LED P1.0为输出
  LED = 0;                 //LED P1.0 置低
}
void LED_RUN()
{
  LED ^=1;//LED状态改变
}
void Init_UART0()
{
  PERCFG = 0x00;     //选串口0的备用位置1；即(P0.2和P0.3)
  P0SEL |= 0x0c;     //将P0_2和P0_3管脚设置成外设功能
  U0CSR |= 0x80;     //1： UART模式
  U0BAUD |= 216;     //查手册，配置为115200波特率=
  U0GCR |= 11;      
  U0UCR |=0x80;      //禁止流控，无校验，8位数据，1位停止位，清除缓冲器
  UTX0IF = 0;        //串口0发送中断标志位清零
  EA = 1;            //开总中断
}
void UR0_SendString(char *str,char len) //字符串发送
{
  while(len--)
  {
    U0DBUF = *str++;//将要发送的1字节数据写入U0DBUF数据缓冲区
    while(!UTX0IF); //等待数据发送完成
    UTX0IF = 0;     //TX中断标志位清零，以便下一次发送
  }
}
void Init_RandomGenerator(void) //随机数产生
{  
   /*当需要一个真正的随机值，LFSR 应通过写入RNDL 产生种子，
     随机值来自在RF 接收路径的IF_ADC。要
     使用这种产生种子的方法，无线电必须首先上电*/
    RFRND = 0x04;
    
   // 等待上电完毕
    while( RFRND & 0x10 );
    
   //无线电应处于无限TX 状态，以避免RX 状态可能的同步检测
    RFST = 0xE2;
    Delay(1);

    /*RCTRL[1:0]---控制16 位随机数发生器
      [00：] 正常运行。(13X 型展开)*/
    ADCCON1 &= ~0x0C;   

    RNDH = ADCTEST2;

    /*更新LFSR 的一种方式是设置ADCCON1.RCTRL 为01。
      [01：] LFSR 的时钟一次(没有展开).*/
    ADCCON1 |= 0x04;
}

四、实验结果

如下图所示，CC2530串口发送0—10V以内的两位小数的随机电压，在上位机显示：

问题：

关于程序中RFRND=0x04等无线电上电的寄存器配置，是在相关教程中找的，但在技术手册中找不到，所以它的原理不是很清楚，欢迎各位来交流

资讯详情

CC2530基础实验：(7)随机数的产生

前言

一、实验相关电路图

二、实验理论与寄存器有关

1.线性反馈移位寄存器

2.CC2530随机数发生器简介

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三、源码分析

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TDK SPM-HZR电感器的介绍、特性、及应用

CC2530基础实验：(7)随机数的产生

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