Принцип работы электрогенератора
В основу работы агрегатов, преобразующих энергию, положен закон Фарадея об электродвижущей силе (ЭДС). Учёный открыл закон, который объяснил природу появления тока в металлическом контуре (рамке), вращающемуся в однородном магнитном поле (явление индукции). Ток возникает также при вращении постоянных магнитов вокруг металлического контура.
Простейшая схема генератора представляется в виде вращающейся металлической рамки между двумя разно полюсными магнитами. На оси рамки помещают токосъёмные кольца, которые получают заряд электрического тока и передают его дальше по проводникам.
В действительности статор (неподвижная часть прибора) состоит из электромагнитов, а ротором служит группа рамных проводников. Устройство представляет обратный электромотор. Электродвигатель поглощает электрический ток и заставляет вращаться ротор. Электрический генератор, преобразовывающий кинематическую энергию механического вращения в ЭДС, называют индукционным генератором.
Генератор звука с дискретным изменением частоты
Для более точной настройки аппаратуры или в качестве источника стандартных импульсов можно предложить собрать несложную схему генератора прямоугольных импульсов на фиксированных частотах. Такой генератор (рис. 1) представляет собой мультивибратор с последовательным включением транзисторов Т1 и Т2 (оба транзистора типа П13—П15). Такая схема проста и по сравнению со схемой симметричного мультивибратора позволяет получать лучшую форму выходного напряжения, приближающуюся к идеальному прямоугольнику.
Рис. 1 — Схема звукового генератора фиксированных частот
Длительность генерируемых импульсов составляет половину периода повторения. Выходное напряжение генератора — порядка 5 В. При помощи переключателя SA1 — SA2 можно выбрать любую из четырех фиксированных частот следования выходных импульсов: 100 Гц, 1 кГц, 5 кГц и 10 кГц. Можно получить и другие частоты следования импульсов, которые отличаются от указанных, фиксированных. Для этого необходимо изменить емкости конденсаторов C1—С4 и С6—С9.
Длительность генерируемых импульсов может изменяться в небольших пределах при помощи регулируемого резистора R2. Питание генератора производится от батареи типа «Крона» — порядка 9 в. Монтируется генератор в небольшом металлическом корпусе. На верхней панели укрепляются: переключатель фиксированных частот на четыре положения (100 Гц, 1 кГц, 5 кГц, 10 кГц), потенциометр R2 и выключатель питания SA3. Здесь же устанавливаются две клеммы для подключения соединительного кабеля, идущего к настраиваемому прибору.
TONE GENERATOR
Note
Octave
Frequency
PLAY
Waveforms
SINE
TRIANGLE
SQUARE
SAWTOOTH
About
This tool generates a waveform of four basic types at a custom frequency and displays the corresponding note and octave
Instructions
Press the play button to start and stop the tone. It will begin playing at the frequency in the white input box with the default being 262Hz (C4). Slide the scrollbar to change the frequency. The scrollbar had a minimum of 1Hz (C-4) and a maximum of 10,000Hz (D#9), however the maximum range can be bypassed by entering the frequency in manually. Change the type of waveform being played by clicking on the corresponding button listed under waveforms.
Waveforms
- Sine: The amplitude of the waveform follows a trigonometric sine function with respect to time. Fundamental frequency or «pure tone.»
- Triangle: Fundamental frequency joined by odd harmonics that decrease at -12dB/octave. Higher, richer and slightly louder than the sine wave.
- Square: Commonly used to represent digital information. Contains odd harmonics that decrease at -6dB/octave. Harmonics have a greater impact of timbre of the wave.
- Sawtooth: Also called a «ramp.» Found often in time bases for display scanning. Can be seen as the «front end» of a triangle wave and the «back end» of a square wave. Generates more overtones, with every harmonic present at gradually decreasing levels.
Uses
As a musical tool, tone generation can be used to practice singing or tuning instruments by matching the pitch. There are also a multitude of uses revolving around testing the limits and functionality of audio equipment, as well as in the scientific field with tasks like determining the resonant frequency of objects.
For those with pure tone tinnitus, this tool can assist in determining its frequency.
- Note
- Tone Generator
- Metronome
- Guitar Tuner
- ToneScope.
Генератор на 120 Гц
На рисунке 4 показана схема генератора частоты 120 Гц. Частота стабилизирована кварцевым резонатором Q1 на 32768 Гц, с его выхода внутри микросхемы D1 импульсы поступают на двоичный счетчик. Коэффициент деления частоты задан диодами VD1-VD2 и резистором R1, которые обнуляют счетчик каждый раз, когда его состояние достигает 272. При этом, 32768 / 272 = 120,470588.
Это не совсем 120 Гц, но близко. К тому же, подбором емкостей конденсаторов С1 и С2 можно немного изменить частоту кварцевого генератора и получить результат более близкий к 120 Гц.
Рис. 4. Принципиальная схема генератора сигнала частотой 120 Гц.
Напряжение источника питания может быть от 3 до 15V, в зависимости от напряжения питания схемы, вернее, от необходимой величины логического уровня. Выходные импульсы во всех схемах несимметричные, это нужно учитывать при конкретном их применении.
Аудио-тесты для проверки наушников
Эта страница поможет вам оценить наушники и определить, какие имеют лучшие характеристики при сравнении различных пар. Для лучшего результата, скачайте треки и запускайте их с плеера, т.к. ваши браузер и ОС могут искажать сигнал.
До начала тестирования запустите обычный трек и установите комфортный уровень громкости. Иначе есть шанс испортить наушники, перегрузив их.
Диапазон воспроизводимых частот
10 Гц >> 200 Гц
Первый тест проверяет нижнюю границу диапазона. Слушайте, пока вы не начнете слышать основной низкий тон. Голос за кадром говорит вам, какой частоты вы достигли (англ.): это число представляет собой минимальную частоту, на которые способны тестируемые наушники. Хорошие наушники могут воспроизводить звук начиная с 20 Гц, нижней границы нашего слуха.
22 кГц >> 8 кГц
Второй тест проверяет высшую границу диапазона. Слушайте, пока вы не начнете слышать основной высокий тон. Хорошие наушники воспроизводят частоты до 20 кГц, верхнего предела диапазона человеческого слуха.
Однако, имейте ввиду, что этот предел снижается с возрастом. Если все ваши наушники вдруг имеют тот же верхний предел частоты, и эта частота ниже, чем указано производителем, это может означать, что причина — ваш слух, а не качество наушников.
Если вы слышите странные взлеты и падения или что-нибудь другое, что не похоже на непрерывно нисходящий звук, скорее всего это ваша звуковая карта вносит помехи.
Качество
Сотрясающий бас
Плохо собранные или долго используемые наушники могут начать дребезжать, когда начинает звучать громкий глубокий бас. Отрегулируйте громкость в наушниках, так как тест выполнен на достаточно высоком уровне. При прослушивании сигнал должен оставаться чистым и ясным на всех частотах, без всякого паразитического жужжания.
Баланс между каналами
20 Гц >> 10 кГц
Чтобы правильно воспроизвести стерео панораму, левый и правый динамики должны одинаково воспроизводить все частоты в звуковом спектре. Наш тест воспроизводит частоты от 20 Гц до 10 кГц и посылает их одинаковым уровнем на оба динамика. На всем протяжении теста, сигнал должен звучать прямо в центре вашей головы, без каких-либо отклонений.
Бинауральный тест
Стук в дверь
Бинауральные записи производятся путем размещения микрофонов непосредственно в ушах. При воспроизведении записи через наушники, этот тест подразумевает, что каждое ухо слушателя получить точно такой же сигнал, какой был при записи. Наш тестовый сигнал состоит из бинауральной записи стука по деревянной двери. При сравнении наушников, спросите себя, как реалистично звучит запись? Чувствуете ли вы, что дверь находится рядом с вами? Звучит ли это как настоящая деревянная дверь?
Типы
Используются два основных типа VFO: аналоговый и цифровой .
Аналоговые VFO
Аналоговый VFO — это электронный генератор, в котором значение по крайней мере одного из пассивных компонентов регулируется под управлением пользователя для изменения его выходной частоты. Пассивный компонент, значение которого регулируется, обычно представляет собой конденсатор , но может быть и переменной индуктивностью .
Конденсатор настройки
Конденсатор переменной емкости — это механическое устройство, в котором разделение ряда чередующихся металлических пластин физически изменяется для изменения его емкости . Регулировку этого конденсатора иногда облегчает механический понижающий редуктор для достижения точной настройки.
Варактор
Обратно-смещенный полупроводниковый диод демонстрирует емкость. Поскольку ширина его непроводящей обедненной области зависит от величины обратного напряжения смещения, это напряжение можно использовать для управления емкостью перехода. Напряжение смещения варактора может генерироваться разными способами, и в окончательной конструкции может потребоваться отсутствие значительных движущихся частей. Варакторы имеют ряд недостатков, включая температурный дрейф и старение, электронный шум, низкую добротность и нелинейность.
Цифровые VFO
Современные радиоприемники и передатчики обычно используют некоторую форму цифрового синтеза частот для генерации сигнала VFO. К преимуществам относятся меньшие размеры, отсутствие движущихся частей, более высокая стабильность заданных частот опорных генераторов и легкость, с которой заданные частоты могут быть сохранены и обработаны в цифровом компьютере, который обычно в любом случае встроен в конструкцию.
Также возможно, что радио станет чрезвычайно гибким по частоте , так как управляющий компьютер может изменять настроенную частоту радио много десятков, тысяч или даже миллионов раз в секунду. Эта возможность позволяет приемникам связи эффективно контролировать множество каналов одновременно, возможно, используя методы цифрового избирательного вызова ( DSC ), чтобы решить, когда открыть канал аудиовыхода и предупредить пользователей о входящих сообщениях. Предварительно запрограммированная перестройка частоты также лежит в основе некоторых военных методов шифрования и скрытности радиосвязи. Чрезвычайная частотная гибкость лежит в основе методов расширения спектра , которые получили широкое распространение в компьютерных беспроводных сетях, таких как Wi-Fi .
У цифрового синтеза есть недостатки, такие как неспособность цифрового синтезатора плавно настраиваться на все частоты, но с разделением каналов многих радиодиапазонов это также можно рассматривать как преимущество, поскольку оно не позволяет радиостанциям работать между двумя распознаваемыми каналами. .
Синтез цифровой частоты зависит от стабильных кристаллических контролируемых источников опорной частоты. Генераторы с кварцевым управлением более стабильны, чем генераторы с индуктивным и емкостным управлением. Их недостаток заключается в том, что изменение частоты (более чем небольшое) требует замены кристалла, но технологии синтезатора частот сделали это ненужным в современных конструкциях.
Цифровой синтез частоты
Электронные и цифровые методы, используемые при этом, включают:
- Прямой цифровой синтез (DDS)
- Достаточное количество точек данных для математической функции синуса хранится в цифровой памяти. Они вызываются с нужной скоростью и подаются на цифро-аналоговый преобразователь, где создается необходимая синусоида.
- Прямой синтез частоты
- Ранние радиоканалы связи имели несколько кристаллов — по одному на каждый канал, на котором они могли работать. Через некоторое время это мышление в сочетании с основными идеями гетеродинирования и смешивания описано в выше. Несколько кристаллов можно смешивать в различных комбинациях для получения различных выходных частот.
- Фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ)
- Используя варакторный или управляемый напряжением генератор (ГУН) (описанный выше в при методах ) и фазовый детектор, можно настроить контур управления так, чтобы выходной сигнал ГУН был синхронизирован по частоте с кварцевым регулятором. опорный генератор. Фазовый детектор сравнивает выходы двух генераторов после деления частоты на разные делители. Затем, изменяя делитель (-ы) деления частоты под управлением компьютера, можно сгенерировать множество фактических (неделимых) выходных частот ГУН. Сегодня технология PLL доминирует в большинстве конструкций радио VFO.
Как выглядят низкочастотные генераторы сигналов?
Стандартные низкочастотные генераторы сигналов синусоидальной формы представлены в виде небольшого короба, на передней панели имеется экран. С его помощью производится контроль колебаний и регулировки. В верхней части экрана имеется текстовое поле – это своеобразное меню, в котором присутствуют разные функции. Управление может производиться кнопками и переменными резисторами. На экране указывается вся информация, необходимая при работе.
Амплитуда и смещение сигнала регулируются при помощи кнопок. Новейшие образцы приборов оснащаются выходами, посредством которых можно произвести запись всех результатов на флеш-накопитель. Для изменения частоты дискретизации в генераторах синусоидального сигнала применяются специальные регуляторы. Благодаря им пользователь может очень быстро осуществить синхронизацию. Обычно внизу, под экраном, располагается кнопка включения, а рядом с ней выходы генератора.
Самодельные приборы
Можно сделать низкочастотные генераторы сигналов своими руками из подручных средств. Основная часть любого генератора – это селектор (англ. select – выбор). В любой конструкции он рассчитан на несколько каналов. В стандартных конструкциях применяется не более двух микросхем. Этого для реализации простейших приборов оказывается достаточно. Идеально подойдут для изготовления генераторов микросхемы из серии КН148. Что касается преобразователей, то они используются только аналоговые.
В некоторых случаях допускается использовать персональный компьютер в качестве генератора сигналов. Своими руками можно сделать небольшой переходник – он устанавливается на выходе звуковой карты. Сигнал снимается с выхода и используется для тестирования аппаратуры. На ПК устанавливается программа, которая будет управлять звуковой картой. Недостаток такой конструкции – слишком узкий диапазон частот, поэтому его нельзя использовать при тестировании некоторых приборов.
Генераторы синусоидального сигнала
Синус – это наиболее распространенная форма низкочастотного сигнала генераторов. Он необходим для тестирования большей части аппаратуры. В конструкции применяются самые простые микросхемы. Они вырабатывают сигнал, который преобразовывается операционным усилителем. Чтобы производить регулировку сигналов, необходимо в схему включить переменные или постоянные резисторы. От типа используемых сопротивлений зависит, ступенчато или плавно будет осуществляться регулировка.
Генераторы синусоидального сигнала широко применяются для настройки не только радиоаппаратуры, но и высокочастотной техники – инверторов, блоков питания, преобразователей частоты для асинхронных двигателей и т. д. Эта техника позволяет производить преобразование исходного синуса бытовой сети (частота 50 Гц). Причем частота увеличивается в десятки раз – до 100 МГц. Это необходимо для нормальной работы импульсного трансформатора.
Низкочастотные генераторы сигналов
Такие конструкции применяются для настройки и тестирования аудиоаппаратуры
Если обратить внимание на схему простейшего низкочастотного генератора сигналов, то можно увидеть, что в нем устанавливаются переменные резисторы – с их помощью производится корректировка формы и величины сигнала. Чтобы осуществить изменение величины импульса, можно использовать модулятор серии КК202
Сигнал в этом случае должен генерироваться через конденсаторы.
Низкочастотный генератор сигналов используется для настройки любой аудио аппаратуры – проигрывателей, усилителей звуковой частоты и т. д. В качестве такого генератора можно использовать персональный компьютер (даже старый ноутбук подойдет). Это бюджетный вариант, который не потребует больших затрат, если в наличии имеется старенький компьютер. Достаточно установить последнюю версию драйверов, программу для работы со звуковой картой и сделать переходник для подключения к аппаратуре.
Блокинг-генератор
По своей сути, является усилителем, собранным на базе транзисторов, расположенных в один каскад. Область применения узка – источник внушительных, но скоротечных по времени (продолжительность от тысячных долей до нескольких десятков мкс) сигналов-импульсов с большой индуктивной плюсовой обратной связью
Скважность – больше 10 и может доходить до нескольких десятков тысяч в относительных величинах. Наблюдается серьезная резкость фронтов, по своей форме практически не отличающихся от геометрически правильных прямоугольников
Применяются в экранах электронно-лучевых приборов (кинескоп, осциллограф).
Бесплатные программы для генерации тонов
При работе с музыкальными приложениями, если мы хотим попробовать разные уровни опций, мы можем выбрать разные программы, такие как тон-генераторы, которые помогут нам в этой задаче. Ниже мы представляем некоторые из наиболее рекомендуемых программ, все из которых совершенно бесплатны.
Генератор тестового тона Wav, один из лучших и самых популярных
Мы начинаем с одной из лучших программ в тон-генераторах для Windows. Это приложение отвечает за генерацию сигналов и сохраняет их в виде файла WAV, который автоматически добавляет голос в начале, который сообщает нам частоту.
С помощью этого приложения мы можем указать различные параметры для генерации тона. Чтобы сгенерировать сигнал, необходимо ввести его частоту в Гц, длительность сигнала, настроить функцию развертки и установить амплитуду сигнала как для левого, так и для правого каналов.
В интерфейсе мы найдем все его параметры, такие как задержка, уровень тона и другие параметры, связанные с частотой. Wav Test Tone Generator — портативное приложение, поэтому его не нужно устанавливать, просто скачать его по этой ссылке , и запустите его.
RedCrab SonoG, продвинутое программное обеспечение для генерации звука
Теперь у нас есть довольно продвинутое программное обеспечение для генерации тонов, которое имеет два независимых генератора, способных генерировать различные сигналы, такие как пилообразный, модуляция, частотная развертка, тональный пакет и DTMF, среди многих других параметров. Это приложение позволяет нам генерировать два разных тона одновременно или один за другим. Как только тон создан, мы можем сохранить его как файл WAV на нашем жестком диске.
С RedCrab SonoG мы можем указать параметры тона, а затем запустить инструмент для прослушивания звука. При желании можно указать параметры для другого тона во второй панели, а также синхронизировать их между собой.
Это программное обеспечение отличается тем, что является портативным приложением, поэтому оно не требует установки и может быть запущено, как только вы загрузите его и начнете генерировать тональные сигналы на разных уровнях. Мы можем скачать его бесплатно с еговеб-сайт Честного ЗНАКа .
Tone Generator Roadkil, программа, специализирующаяся на генерации тонов.
Это еще одно программное обеспечение, специализирующееся на генерации тестовых сигналов. С его помощью можно генерировать тон или 3-х гармонический тон, задавая разные типы частоты. Частоту, громкость и баланс слева направо каждого тона можно изменять полностью независимо. Он также имеет возможность указать частоту дискретизации, а также период времени в миллисекундах.
Эта программа позволяет нам указать начальную частоту, а затем указать частоту дискретизации, учитывая, что первая должна быть ниже второй, чтобы она работала. По завершении мы можем сгенерировать тон в файле в формате WAV.
Tone Generator от Roadkil — это бесплатное портативное приложение, которое мы можем использовать без какой-либо установки. Мы можем скачать его с здесь.
Тональный генератор, простой и эффективный для менее требовательных
Возможно, Top Generator — самая простая программа для генерации тонов из упомянутых здесь. Он имеет минимальные характеристики, позволяющие воспроизводить тон на определенной частоте. Мы можем издать звук, просто указав значения частоты, и программа автоматически сгенерирует для нас тон. Приложение поддерживает частоты до 15,000 Гц, и мы можем слушать его через наушники или динамики ПК.
Tone Generator — бесплатное приложение, которое, в отличие от других опций, не требует установки для запуска. Мы можем скачать его с сайт разработчика .
Информация для заказа
Модели
Код | Название | |
---|---|---|
3963640 |
PTNX1 Карманный генератор тонового сигнала Pocket Toner NX1 включает основное устройство NX1, адаптеры F-типа (M-push, Speed 81) и одну батарею типа ААА |
|
3963657 |
PTNX2 Карманный генератор тонового сигнала Pocket Toner NX2 включает основное устройство NX2, адаптеры F-типа (M-push, Speed 81) и одну батарею типа ААА |
|
3963669 |
PTNX2-DLX Комплект Pocket Toner NX2 Deluxe включает: основное устройство NX2, генератор тонового сигнала, 66 адаптер блока, адаптер RJ-11, адаптер RJ-45, адаптер Dial Tone Detective, зажимы типа «крокодил» с адаптером RJ-45, адаптеры F-типа (F, 9-M-push, M-71, Speed 81), адаптеры RCA (M, F), адаптеры BNC (M, F), одну батарею типа ААА и сумку Deluxe с зажимом для крепления на поясе |
|
3963678 |
PTNX2-CABLE Комплект Pocket Toner NX2 Cable включает: основное устройство NX2, генератор тонового сигнала, адаптер для зажимов типа «крокодил», адаптеры F-типа (F, M-push, M-71, Speed 81), одну батарею типа ААА и маленькую брезентовую сумку |
|
3963684 |
PTNX8 Карманный генератор тонового сигнала Pocket Toner NX8 включает основное устройство NX8, адаптеры F-типа (M-push, Speed 81), одну батарею типа ААА и сумку Deluxe с зажимом для крепления на поясе |
|
3963691 |
PTNX8-CABLE Комплект Pocket Toner NX8 Cable включает: основное устройство NX8, генератор тонового сигнала, 8 идентификационных колпачков, зажимы типа «крокодил», адаптеры F-типа (F, 9-M-push, M-71, Speed 81), одну батарею типа ААА и сумку Deluxe с зажимом для крепления на поясе |
|
3963706 |
PTNX8-CTКомплект Pocket Toner NX8 Cable and Telephone включает: основное устройство NX8, генератор тонового сигнала, 8 идентификационных колпачков, 66 адаптер блока, адаптер RJ-11, адаптер Dial Tone Detective, зажимы типа «крокодил» с адаптером RJ-11, адаптеры F-типа (F, 9-M-push, M-71, Speed 81), одну батарею типа ААА и сумку Deluxe с зажимом для крепления на поясе |
|
3963714 |
PTNX8-DLX Комплект Pocket Toner NX8 Deluxe включает: основное устройство NX8, генератор тонового сигнала, 8 идентификационных колпачков, адаптер блока 66, адаптер RJ-11, адаптер RJ-45, адаптер Dial Tone Detective, зажимы типа «крокодил» с адаптером RJ-45, адаптеры F-типа (F, 9-M-push, M-71, Speed 81), адаптеры RCA (M, F), адаптеры BNC (M, F), одну батарею типа ААА и сумку Deluxe с зажимом для крепления на поясе |
|
3963723 |
PTNX8-VV-PRO Комплект Pocket Toner NX8 Voice and Video Pro включает: основное устройство NX8, генератор тонового сигнала, 8 идентификационных колпачков, 66 адаптер блока, адаптеры 8-RJ-11, адаптер RJ-45, адаптер Dial Tone Detective, зажимы типа «крокодил» с адаптером RJ-45, адаптеры F-типа (F, 9-M-push, M-71, Speed 81), адаптеры RCA (M, F), адаптеры BNC (M, F), одну батарею типа ААА и сумку Deluxe с зажимом для крепления на поясе |
|
3963738 |
ADAP-PTNX-KIT Комплект аксессуаров включает: зажимы типа «крокодил» с адаптером RJ-45, зажимы типа «крокодил» с адаптером RJ-11, адаптер Dial Tone Detective, адаптер RJ-11, 66 адаптер блока, адаптер RJ-45, разъемы F-типа (F, M-push, Speed 81), разъемы RCA (M, F), разъемы BNC (M, F) и адаптер зажима для двухжильного кабеля |
|
4081039 |
ADAP-PTNX-TNR Только 1 генератор тонового сигнала — серебряного цвета. Совместим со всеми модулями PTNX |
|
3963745 |
CASE-PTNX-SM Маленькая сумка |
|
3963750 |
CASE-PTNX-LG Большая сумка |
|
3963761 |
PTNX8-ID-1-8Колпачки 8-ID |
|
3963777 |
ADAP-PTNX-RJ118 адаптеров RJ-11 |
|
3963789 |
ADAP-PTNX-RJ45 8 адаптеров RJ-45 |
ГПСЧ с источником энтропии или ГСЧ
Наравне с существующей необходимостью генерировать легко воспроизводимые последовательности случайных чисел, также существует необходимость генерировать совершенно непредсказуемые или попросту абсолютно случайные числа. Такие генераторы называются генераторами случайных чисел (ГСЧ — англ. random number generator, RNG). Так как такие генераторы чаще всего применяются для генерации уникальных симметричных и асимметричных ключей для шифрования, они чаще всего строятся из комбинации криптостойкого ГПСЧ и внешнего источника энтропии (и именно такую комбинацию теперь и принято понимать под ГСЧ).
Почти все крупные производители микрочипов поставляют аппаратные ГСЧ с различными источниками энтропии, используя различные методы для их очистки от неизбежной предсказуемости. Однако на данный момент скорость сбора случайных чисел всеми существующими микрочипами (несколько тысяч бит в секунду) не соответствует быстродействию современных процессоров.
В современных исследованиях осуществляются попытки использования измерения физических свойств объектов (например, температуры) или даже квантовых флуктуаций вакуума в качестве источника энтропии для ГСЧ.
В персональных компьютерах авторы программных ГСЧ используют гораздо более быстрые источники энтропии, такие, как шум звуковой карты или счётчик тактов процессора. Сбор энтропии являлся наиболее уязвимым местом ГСЧ. Эта проблема до сих пор полностью не разрешена во многих устройствах (например, смарт-картах), которые таким образом остаются уязвимыми. Многие ГСЧ используют традиционные испытанные, хотя и медленные, методы сбора энтропии вроде измерения реакции пользователя (движение мыши и т. п.), как, например, в PGP и Yarrow, или взаимодействия между потоками, как, например, в Java SecureRandom.
Пример простейшего ГСЧ с источником энтропии
Если в качестве источника энтропии использовать текущее время, то для получения целого числа от 0 до N достаточно вычислить остаток от деления текущего времени в миллисекундах на число N+1. Недостатком этого ГСЧ является то, что в течение одной миллисекунды он выдает одно и то же число.
Примеры ГСЧ и источников энтропии
Источник энтропии | ГПСЧ | Достоинства | Недостатки | |
---|---|---|---|---|
/dev/random в UNIX/Linux | Счётчик тактов процессора, однако собирается только во время аппаратных прерываний | РСЛОС, с хешированием выхода через SHA-1 | Есть во всех Unix, надёжный источник энтропии | Очень долго «нагревается», может надолго «застревать», либо работает как ГПСЧ (/dev/urandom) |
Yarrow от Брюса Шнайера | Традиционные методы | AES-256 и SHA-1 маленького внутреннего состояния | Гибкий криптостойкий дизайн | Медленный |
Microsoft CryptoAPI | Текущее время, размер жёсткого диска, размер свободной памяти, номер процесса и NETBIOS-имя компьютера | MD5-хеш внутреннего состояния размером в 128 бит | Встроен в Windows, не «застревает» | Сильно зависит от используемого криптопровайдера (CSP). |
Java SecureRandom | Взаимодействие между потоками | SHA-1-хеш внутреннего состояния (1024 бит) | Большое внутреннее состояние | Медленный сбор энтропии |
RdRand от intel | Шумы токов | Построение ПСЧ на основе «случайного» битового считывания значений от токов | Очень быстр, не «застревает» | Оригинальная разработка, свойства приведены только по утверждению разработчиков. |
Исходный код программы
Контакты платы Arduino Uno, на которых возможно формирование ШИМ сигнала, обозначены символом “~”. Всего таких каналов на плате Arduino Uno шесть. К контактам 0-7 подключены кнопки, поэтому мы не можем использовать их для формирования ШИМ сигнала.
Мы подключили кнопки к контактам 0-7, эти контакты представляют собой целиком PORTD микроконтроллера платы Arduino Uno. Поэтому далее в программе для удобства считывания значений с этих контактов мы можем считывать полный байт с PORTD.
Для формирования сигнала ШИМ с различным коэффициентом заполнения мы будем использовать команду analogWrite(9,VALUE);. Первый параметр в данной команде обозначает номер контакта, на котором будет формироваться ШИМ сигнал, второй параметр определяет коэффициент заполнения ШИМ.
Коэффициент заполнения ШИМ (VALUE) может изменяться в диапазоне от 0 до 255. 0 соответствует самому низшему значению, а 255 – самому высшему. При VALUE=255 в результате приведенной команды мы получим 5В на контакте PIN9. Если VALUE=125, то на PIN3 мы получим среднее значение напряжения равное 2,5 В. Мы будем распределять коэффициент заполнения в диапазоне 0-250 среди 8 кнопок, подключенных к PORTD платы Arduino Uno. В данном примере для каждой кнопки использован инкремент в 25 единиц (для коэффициента заполнения ШИМ), но вы можете выбрать этот инкремент сами (какой захотите).
Далее приведен полный текст программы с пояснениями.
void setup(){for (int i=0;i<8;i++){ pinMode(i, INPUT_PULLUP); // контакты 0-7 конфигурируем на ввод данных (с подтягивающими резисторами) }pinMode(9,OUTPUT); // контакт 9 конфигурируем на вывод данных – к нему подключен звонок}
void loop(){if (digitalRead(0)==LOW){analogWrite(9,25); // если кнопка 1 нажата, то формируется ШИМ сигнал с коэффициентом заполнения (25/255), который подается на звонок
delay(100);analogWrite(9,0);}if (digitalRead(1)==LOW){analogWrite(9,50); // если кнопка 2 нажата, то формируется ШИМ сигнал с коэффициентом заполнения (50/255), который подается на звонок
delay(100);analogWrite(9,0);}if (digitalRead(2)==LOW){analogWrite(9,75); // если кнопка 3 нажата, то формируется ШИМ сигнал с коэффициентом заполнения (75/255), который подается на звонок
delay(100);analogWrite(9,0);}if (digitalRead(3)==LOW){analogWrite(9,100); // если кнопка 4 нажата, то формируется ШИМ сигнал с коэффициентом заполнения (100/255), который подается на звонок
delay(100);analogWrite(9,0);}if (digitalRead(4)==LOW){analogWrite(9,125); // ШИМ сигнал с коэффициентом заполнения (125/255)delay(100);analogWrite(9,0);}if (digitalRead(5)==LOW){analogWrite(9,150); // ШИМ сигнал с коэффициентом заполнения (150/255)delay(100);analogWrite(9,0);}if (digitalRead(6)==LOW){analogWrite(9,175); // ШИМ сигнал с коэффициентом заполнения (175/255)delay(100);analogWrite(9,0);}if (digitalRead(7)==LOW){analogWrite(9,200); // ШИМ сигнал с коэффициентом заполнения (200/255)delay(100);analogWrite(9,0);}}
Вывод
Рассматриваемый прибор получил распространение не только в научных кругах, но и в бытовых. Сейчас им активно пользуются не только в профессиональных сферах деятельности (на работе), но и для самостоятельного ремонта радиоинструментов, их проверки и перенастройки. Т.е. можно сказать, что ГНЧ полезен во всех сферах жизни, имея ряд преимуществ, главным из которых является простота в использовании и доступность.
Главный недостаток для неопытных пользователей – громоздкость колебательного контура в LC-генераторах, который ко всему сложно перенастроить. Однако во избежание этой проблемы на помощь приходит генератор RC-типа, обеспечивая максимальное удобство.
При выборе частотного прибора нужно учитывать его функционал и максимальную частоту: чем большую частоту он может выдать, тем дороже будет стоить.