Hallo alle zusammen, ich muß mich mal an Euch wenden, da ich im Moment nicht so richtig weiterkomme: Ich möchte eine Schleife in Assembler programmieren für den ATMega8, die Zufallszahlen ausgibt. Als Zufallszahlen werden hier an einem Port einfach Kombinationen von Low und High ausgegeben, mit denen man dann die Würfelpunkte durch LED's darstellt. Das Problem ist, ich bekomme einfach zu viele gleiche Werte hintereinander. Das ganze läuft im Moment so ab: Durch Betätigung eines Tasters läuft eine Schleife an. Der Zählerstand wird dabei immer beim Start vom Wert 6 aus vermindert bis 0. Diese 0 wird abgefragt und wenn ja, wird der Zählerstand wieder auf 6 gebracht usw. Die Schleife läuft solange, bis der Taster wieder losgelassen wird. Vor Abfrage des Tasters wird natürlich der Ausgabewert (momentaner Wert der Schleife) in ein Register geladen. Das alles funktioniert ja auch. Nun sollte man meinen, mit einer Taktfrequenz von 4 MHz wird die Schleife immer irgendwo zufällig verlassen. Das scheint aber nicht so. Woran könnte denn das liegen? In einem Buch von G. Schmitt war die Konzeption so, daß die Schleife immer läuft, und ich mit dem Tastendruck dann irgendwo abbreche. In meiner Konstruktion ist es ja so, daß ich mit dem Tastendruck erst die Schleife anlaufen lasse, gewöhnlich eine Zeit da auf dem Taster bleibe und dann mit dem loslassen des Tasters den Wert erhalte. Wie seht Ihr das?
Hallo, Eventuell hast du den Tastereingang nicht "entprellt" und daher ist die Zeit in Wirklichkeit immer circa gleich lang. lg Stefan
Ja, die Taste muss unbedingt entprellt werden, sonst stoppt die Schleife von Dir unbemerkt schon nach z. B. 1 ms (Zeitpunkt des ersten Prellers) und Deine Zufallszahlen sind Murks. Ansonsten hier mal ein paar "echte" Zufallszahlen von 1 bis 6. Wenn Du die studierst, wirst Du feststellen, dass das zwei- oder dreimalige Aufeinanderfolgen desselben Werts durcaus nicht so selten vorkommt, wie man vielleicht vermuten würde. Vielleicht hilft Dir das, den Output Deines Programms besser beurteilen zu können (ist er am Ende doch korrekt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
Ich hab eine Tüte mit Konfetti (gut, dass gerade Fasching iss) in sechs verschiedenen Farben genommen, mit Schwung in die Luft geworfen (bis hierhin wars noch einfach), die Fitzelchen anschließend mit verbundenen Augen auf dem Boden in eine Reihe gelegt (stöhn), und dann in den Rechner getippt: rot = 1, gelb = 2... (ächz) Zufrieden? ;-) Und trotzdem hab ich noch "echte" in Anführungszeichen gesetzt... lach
Du hättest es dir auch einfach machen und bei ein paar Elektronen den Spin oder sonst irgend eine Eigenschaft messen können :-)
Habe hier eine kleines Programm für Rauschen/Zufallszahlen. Einmal in Assmbler für MSP430... (ein 16 Bit'er)
1 | mov #004C1h,R12 |
2 | mov #01DB7h,R13 |
3 | mov #0,R14 |
4 | mov #1,R15 ;Startwert 0x00000001 |
5 | kein_xor |
6 | nop ;nop's gleichen Laufzeit aus |
7 | nop |
8 | nop |
9 | nop |
10 | Mainloop |
11 | mov.b R15,&P1OUT ;R15 unteres Byte an Port1 ausgeben |
12 | rla R15 |
13 | rlc R14 |
14 | jnc kein_xor |
15 | xor R12,R14 |
16 | xor R13,R15 |
17 | jmp Mainloop |
und jetzt in C
1 | unsigned long int my_random = 0x80000000; |
2 | |
3 | while (1) |
4 | {
|
5 | if (my_random & 0x00000001) |
6 | {
|
7 | my_random >>= 1; |
8 | my_random ^= 0xEDB88320; |
9 | }
|
10 | else
|
11 | {
|
12 | my_random >>= 1; |
13 | }
|
14 | P1OUT = my_random; |
15 | }
|
0xEDB88320 bitreverse = 0x04C11DB7
Uups, noch was vergessen: 1. Ein oder mehrere Byte's der Zufallszahl mit 6 malnehmen. Vom Ergebnis nur das obere Byte behalten. INC Oberes_Byte und wir haben eine Zufallszahl von 1 bis 6 2. Das Zufallszahlenprogramm liefert natürlich immer die selbe Zahlenfolge, die aber (2^32) - 1 lang ist. Jemand mit sehr gutem Gedächnis könnte die Zahlenfolge auswendig lernen und beim Würfeln schummeln. Deshalb den Würfel so bauen, das der Zufallszahlengenerator frei läuft und manuell durch Tastendruck gestoppt werden muss.
>1. Ein oder mehrere Byte's der Zufallszahl mit 6 malnehmen. >Vom Ergebnis nur das obere Byte behalten. >INC Oberes_Byte und wir haben eine Zufallszahl von 1 bis 6 Eben so sollte man es lieber nicht machen. Jemand, der Deinen Würfel einem Härtetest unterziehen würde (10000 Runs über Nacht sind kein Problem, wenn man den Taster mit einem PC-gesteuerten Relais überbrückt), würde nämlich feststellen, dass er gezinkt ist. Denn die Würfelzahlen 3 und 6 erscheinen mit der Wahrscheinlichkeit 1/256 weniger oft als die 1, 2, 4 und 5 (bei Auswertung eines Zufallszahlen-Bytes). Den Grund dafür kannst Du Dir selbst überlegen. Was würdest Du auf den Vorwurf, dass der Output Deines Würfelsimulators nicht gleichverteilt ist, antworten? >2. Das Zufallszahlenprogramm liefert natürlich immer die selbe >Zahlenfolge, die aber (2^32) - 1 lang ist. Jemand mit sehr gutem >Gedächnis könnte die Zahlenfolge auswendig lernen und beim Würfeln >schummeln. So ist es. >Deshalb den Würfel so bauen, das der Zufallszahlengenerator frei läuft >und manuell durch Tastendruck gestoppt werden muss. lach... na klar... fragt sich nur, warum es dann nicht auch eine simple Schleife 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, 2, 3... genauso tut, wie von cody realisiert? Damit läßt sich die Gleichverteilung auch sehr leicht erreichen.
>>Deshalb den Würfel so bauen, das der Zufallszahlengenerator frei läuft >>und manuell durch Tastendruck gestoppt werden muss. > > lach... na klar... fragt sich nur, warum es dann nicht auch eine simple > Schleife 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, 2, 3... genauso tut, wie > von cody realisiert? Damit läßt sich die Gleichverteilung auch sehr > leicht erreichen. Klar ist eine Pseudozufallszahlengeneration (theoretisch) sicherer, aber mal ehrlich: Angenommen der Zufallszahlengenerator läuft mit 1MHz, dann müsste man auf die Mikrosekunde genau drücken, damit man gewollt eine bestimme Zahl herbei führt. Für nen lockeren Spieleabend dürfte das reichen, meine ich. Klar, für eine Spielhalle müsste man einiges an Vorschriften und Sicherheitsrichtilinien beachten wie starke Pseudozufallsgeneration, Schutz gegen erneutes Drücken, etc. Gruß Christian PS.: Ich hätte die aufgabe spontan mit einem NE555er und nem Zähler gelöst... Obwohl es ja schon fast billiger ist nen Tiny zu benutzen statt den ganzen BCD->7-Segment Encodern ^^
@cody Mit mehr Informationen bräuchte ich meine Kristallkugel nicht zu bemühen. Welche Zahl kommt denn häufiger? War es die 6? Wie groß war die Stichprobe? Da du bei 0 wieder zurück auf 6 gehst, verbringt der µC vergleichsweise viel Zeit bei der Abarbeitung dieser Bedingung. Die Wahrscheinlichkeit des Abbruchs vor (und damit bei) einer 6 ist also deutlich höher als bei den anderen Zahlen. Du müsstest die Schleife so programmieren, dass diese Zeit für alle Zahlen gleich ist (oder einen Hardware-Timer bemühen)
Wenn du den "Würfel" dort weiter laufen lässt wo er das letzte mal angehalten hat macht sogar das Prellen des Tasters nichts mahr aus. Detlev T.'s gedanke ist auch sehr gut und muss auch beachtet werden.
>Angenommen der Zufallszahlengenerator läuft mit 1MHz, dann >müsste man auf die Mikrosekunde genau drücken, damit man gewollt eine >bestimme Zahl herbei führt. Richtig, das gezielte Erwirken einer bestimmten Zahl ist durch das rasend schnelle Durchlaufen der Schleife ausgeschlossen. Damit ist aber noch nicht die Gleichverteilung der Zahlen 1 bis 6 garantiert. Um diese zu erreichen, muss man sogar höllisch aufpassen - sonst bekommt man einen Würfel, bei dem manche Zahlen öfter erscheinen als andere. Man könnte z. B. auf die Idee kommen, statt nach dem Schema "1...6, 1...6, 1..." ein Register einfach "0...255, 0...255, 0..." zählen zu lassen, und nach dem Loslassen der Taste seinen Wert modulo 6 zu nehmen (plus Addition von 1). Das Ergebnis? Die 1, 2, 3 und 4 würden etwas häufiger auftreten als die 5 und 6! >Da du bei 0 wieder zurück auf 6 gehst, verbringt der µC vergleichsweise >viel Zeit bei der Abarbeitung dieser Bedingung. Die Wahrscheinlichkeit >des Abbruchs vor (und damit bei) einer 6 ist also deutlich höher als bei >den anderen Zahlen. Du müsstest die Schleife so programmieren, dass >diese Zeit für alle Zahlen gleich ist (oder einen Hardware-Timer >bemühen) Exakt. Dem muss unbedingt Rechnung getragen werden. Übrigens sollte man den Ausbruch aus der Schleife auch blos nicht mit Interrupts (z. B. Taste an INT0 mit Flankenerkennung) realisieren. Da die Abarbeitung der Instruktionen unterschiedlich lange dauert (z. B. 'inc' 1 Taktzyklus, 'rjmp' aber 2), ein Sprung zum Interruptvektor jedoch nur nach vollständig ausgeführtem Befehl erfolgt, kann man sich auch damit wieder eine Ungleichverteilung der Zahlen einhandeln.
>Da die Abarbeitung der >Instruktionen unterschiedlich lange dauert (z. B. 'inc' 1 Taktzyklus, >'rjmp' aber 2), ein Sprung zum Interruptvektor jedoch nur nach >vollständig ausgeführtem Befehl erfolgt, kann man sich auch damit wieder >eine Ungleichverteilung der Zahlen einhandeln. Kapier ich nicht wirklich, gib mal ein Beispiel.
Nen Würfel hab ich vor kurzem auch mal programmiert. Nicht sehr schöner code, funzt aber.
>Kapier ich nicht wirklich, gib mal ein Beispiel.
Stell Dir vor, jemand realisiert den Würfel wie folgt.
(1) Damit die Durchlauffrequenz so hoch wie möglich ist, wird Timer1
ohne Prescaler im CTC-Modus verwendet. Mit passendem Compare-Match-Wert
zählt er nach dem Start 0, 1, 2, ..., 5, 0, 1, 2, ... 5, 0, 1, 2... mit
voller Taktfrequenz (8 MHz) durch.
(2) Nach Drücken des Tasters wird Timer1 auf Null gesetzt, um einen
definierten Startzustand zu gewährleisten. Danach tritt das Programm in
die angegebene Endlosschleife ein:
1 | clr temp |
2 | out TCNT1H, temp |
3 | out TCNT1L, temp |
4 | |
5 | Loop: |
6 | nop |
7 | nop |
8 | nop |
9 | nop |
10 | rjmp Loop |
(3) Die Würfel-Start-Stop-Taste hängt am externen Interrupt INT0. Der Interrupt ist so konfiguriert, dass er bei einer Taste-losgelassen-Flanke getriggert wird. Im Interrupthandler wird der Zählerstand von Timer1 ausgelesen: TCNT1L + 1 ist der Würfelwert. Fertig. Was ist dazu zu sagen? Man könnte glauben, das müsse einen äußerst guten Würfel ergeben. Die Wahrheit ist, dass er völlig unbrauchbar wäre, weil eine der Zahlen 1 bis 6 niemals erscheinen würde. Hätte man in der Loop-Schleife statt der 'nop's irgendwelchen Code stehen, der z. B. die LEDs während die Taste gedrückt ist blinken läßt, wäre der Effekt nicht so drastisch, aber die Zahlen wären wahrscheinlich auch nicht völlig gleichverteilt.
>Nen Würfel hab ich vor kurzem auch mal programmiert. >Nicht sehr schöner code, funzt aber. Der Code in der Schleife ist nicht laufzeitkompensiert. Er wird etwas mehr Zeit brauchen, wenn i = 7 ist, denn nur für i = 7 wird die Anweisung i = 1 ausgeführt. Die zugehörige Würfelzahl wird entsprechend etwas häufiger auftreten als die anderen. Wenn Du Deinen PC über ein geeignetes Interface ein paar tausend mal würfeln und ein Histogramm erstellen ließest, würde Dir der längere Balken sofort auffallen.
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