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文檔簡(jiǎn)介
數(shù)電第一章邏輯代數(shù)基礎(chǔ)第一章邏輯代數(shù)基礎(chǔ)1.2邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算1.4邏輯代數(shù)的基本定理1.5邏輯函數(shù)及其表示方法1.6邏輯函數(shù)的公式化簡(jiǎn)1.1概述1.3邏輯代數(shù)的基本公式和常用公式1.7邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法模擬信號(hào):在時(shí)間上和數(shù)值上連續(xù)的信號(hào)。數(shù)字信號(hào):在時(shí)間上和數(shù)值上不連續(xù)的(即離散的)信號(hào)。uu模擬信號(hào)波形數(shù)字信號(hào)波形tt對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線路稱為模擬電路。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線路稱為數(shù)字電路。一、數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路
1.1概述0.3VVLVH3.6V0.4V2.4V5Vt高低電平的概念數(shù)字電路的特點(diǎn):速度快精度高抗干擾能力強(qiáng)易于集成應(yīng)用領(lǐng)域:數(shù)字通訊自動(dòng)控制測(cè)量?jī)x表電子計(jì)算機(jī)基本工作信號(hào)是二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)數(shù)字電路,又稱為邏輯電路分析和設(shè)計(jì)的主要工具是邏輯代數(shù)(布爾代數(shù))產(chǎn)生和處理數(shù)字信號(hào)的電路稱為數(shù)字電路。
二、數(shù)制與碼
(一)數(shù)制
多位數(shù)中每一位的構(gòu)成(指用哪些碼)方法以及從低位到高位的進(jìn)位規(guī)則稱為數(shù)制。1.十進(jìn)制
十進(jìn)制使用十個(gè)數(shù)碼:0~9注意:小數(shù)點(diǎn)的前一位為第0位,即i=0如:103.45=1×102+0×101+3×100+4×10-1+5×10-2
日常生活最常用的是十進(jìn)制、七進(jìn)制(星期)等數(shù)字電路中使用的是二進(jìn)制和十六進(jìn)制任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù)D可按“權(quán)”展開為:其中ki是第i位的數(shù)碼(0~9中的任意一個(gè)),10i稱為第i
位的權(quán)D=ΣkiX10i計(jì)數(shù)的基數(shù)是10,進(jìn)位規(guī)則是“逢十進(jìn)一”?;颍?03.45=1×100+0×10+3×1+4×0.1+5×0.012、二進(jìn)制
計(jì)數(shù)的基數(shù)是2,進(jìn)位規(guī)則是“逢二進(jìn)一”其中ki是第i位的數(shù)碼(0或1)2i
稱為第i
位的權(quán)如:(1010.11)2=1×23+0×22+1×21+0×20+1×2-1+1×2-2=(10.75)10下標(biāo)2和10分別代表二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù),有時(shí)也用B(Binary)和D(Decimal)代替下標(biāo)2和10如:1010.11B=10.75D任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)D可按“權(quán)”展開為:D=ΣkiX2i二進(jìn)制僅使用0和1兩個(gè)數(shù)碼或
(1010.11)2=1×8+0×4+1×2+0×1
+1×0.5+1×0.25=(10.75)103.十六進(jìn)制任意一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)D可按“權(quán)”展開為:D=ΣkiX16i
如:(2F.8)16=2×161+15×160+8×16-1=(47.5)10下標(biāo)16代表十六進(jìn)制數(shù),有時(shí)也用H(Hexadecimal)代替下標(biāo)16。如:2F.8H=47.5D二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)廣泛應(yīng)用于數(shù)字電路計(jì)數(shù)的基數(shù)是16,進(jìn)位規(guī)則是“逢十六進(jìn)一”十六進(jìn)制使用0~9、A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)共16個(gè)數(shù)碼(二)、數(shù)制轉(zhuǎn)換請(qǐng)熟記2的0~10次方所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù):將二進(jìn)制數(shù)按“權(quán)”展開,然后把所有各項(xiàng)按十進(jìn)制數(shù)相加將十進(jìn)制數(shù)展成Σki×2i的形式例:(123)10=64+32+16+8+0+2+11.二進(jìn)制—十進(jìn)制轉(zhuǎn)換2.十進(jìn)制—二進(jìn)制轉(zhuǎn)換1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024如:(1011)2=1×23+0×22+1×21+1×20=(11)10注意:不要漏掉0得到二進(jìn)制數(shù):knkn-1……k1k0(有小數(shù)時(shí)還會(huì)有k-1……)=(1111011)2=1×64+1×32+1×16+1×8+0×4+1×2+1×1整數(shù)部分采用除2取余法,先得到的余數(shù)為低位,后得到的余數(shù)為高位。小數(shù)部分采用乘2取整法,先得到的整數(shù)為高位,后得到的整數(shù)為低位。所以:(44.375)10=(101100.011)2或者:采用的方法—除2取余、乘2取整原理:將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。整數(shù)部分采用除2取余法,小數(shù)部分采用乘2取整法。轉(zhuǎn)換后再合并。3.二進(jìn)制—十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制實(shí)際上也應(yīng)屬于二進(jìn)制的范疇例:()2將4位二進(jìn)制數(shù)(恰好有16個(gè)狀態(tài))看作一個(gè)整體時(shí),它的進(jìn)位關(guān)系正好是“逢十六進(jìn)一”所以只要以小數(shù)點(diǎn)為界,每4位二進(jìn)制數(shù)為一組(高位不足4位時(shí),前面補(bǔ)0,低位不足4位時(shí),后面補(bǔ)0),并代之以等值的十六進(jìn)制數(shù),即可完成轉(zhuǎn)換=(5D9.E)16=(0101,1101,1001.1110)24.十六進(jìn)制—二進(jìn)制轉(zhuǎn)換5.十六進(jìn)制—十進(jìn)制轉(zhuǎn)換將每1位十六進(jìn)制數(shù)代之以等值的4位二進(jìn)制數(shù)只要將十六進(jìn)制數(shù)按公式:展開,然后把所有各項(xiàng)按十進(jìn)制數(shù)相加,即轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。也可先將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù),再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。或:(3F)16=(111111)2=(-1)2=1×26-1=(64-1)10=(63)10例:(3F)16或:(3F)16=(111111)2=1×25+1×24+1×23+1×22+1×21+1×20=(63)10例:(8AF.D5)162=3×161+15×160=(63)10當(dāng)數(shù)碼表示不同的對(duì)象(或信息)時(shí)被稱為代碼
如:郵政編碼、汽車牌照、房間號(hào)等,它們都沒有大小的含意(三)碼制為了便于記憶和處理(如查詢),在編制代碼時(shí)總要遵循一定的規(guī)則,這些規(guī)則就叫做碼制。1.BCD碼:用4位二進(jìn)制數(shù)碼表示十進(jìn)制數(shù),有多種不同的碼制。這些代碼稱為二—十進(jìn)制代碼,簡(jiǎn)稱BCD碼。8421碼、2421碼、5211碼是有權(quán)碼。如8421碼中從左到右的權(quán)依次為:8、4、2、1。8421碼是最常用的BCD碼。余3碼是無權(quán)碼,編碼規(guī)則是:將余3碼看作四位二進(jìn)制數(shù),其數(shù)值要比它表示的十進(jìn)制數(shù)多3余3循環(huán)碼主要特點(diǎn)是:相鄰的兩個(gè)代碼之間只有一位取值不同8421碼余3碼2421碼5211碼余3循環(huán)碼000000011000000000010100010100000100010110200100101001001000111300110110001101010101401000111010001110100501011000101110001100601101001110010011101701111010110111001111810001011111011011110910011100111111111010權(quán)8421無權(quán)碼24215211無權(quán)碼種類編碼十進(jìn)制數(shù)幾種常見的BCD碼8421碼是BCD代碼中最常用的一種。若把每一個(gè)代碼都看成是一個(gè)四位二進(jìn)制數(shù),各位的權(quán)依次為8,4,2,1。另外,每個(gè)代碼的數(shù)值恰好等于它所表示的十進(jìn)制數(shù)的大小。
2421碼也是一種有權(quán)碼,它的另兩個(gè)特點(diǎn)是:編碼方案不唯一(如十進(jìn)制數(shù)“5”可以編碼為“1011”或“0101”);0-9、1-8、2-7等數(shù)字編碼互為按位取反結(jié)果,這有助于十進(jìn)制的運(yùn)算簡(jiǎn)化;余3碼被看成4位二進(jìn)制數(shù)時(shí),則它的數(shù)值要比它所表示的十進(jìn)制數(shù)碼多3。如果將兩個(gè)余3碼相加,所得的和將比十進(jìn)制數(shù)和所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)多6。因此,在用余3碼作十進(jìn)制加法運(yùn)算時(shí),若兩數(shù)之和為10,正好等于二進(jìn)制數(shù)的16,于是從高位自動(dòng)產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)。余3循環(huán)碼是一種無權(quán)碼,其特點(diǎn)是:每?jī)蓚€(gè)相鄰編碼之間只有一位碼元不同。這一特點(diǎn)使數(shù)據(jù)在形成和傳輸時(shí)不易出現(xiàn)錯(cuò)誤。三、算術(shù)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算邏輯代數(shù)是英國(guó)數(shù)學(xué)家喬治.布爾(Geroge.Boole)于1848年首先進(jìn)行系統(tǒng)論述的,也稱布爾代數(shù)。所研究的是兩值變量的運(yùn)算規(guī)律,即0,1表示兩種不同的邏輯狀態(tài)。
算術(shù)運(yùn)算:兩個(gè)表示數(shù)量大小的二進(jìn)制數(shù)碼之間進(jìn)行的數(shù)值運(yùn)算。
邏輯運(yùn)算:兩個(gè)表示不同邏輯狀態(tài)的二進(jìn)制數(shù)碼之間按照某種因果關(guān)系進(jìn)行的運(yùn)算。在數(shù)字電路中二進(jìn)制數(shù)碼的0和1,不僅可以表示大小,還可以表示不同的邏輯狀態(tài)(將在下一節(jié)專門介紹)例:當(dāng)0和1表示大小時(shí),它們之間可以進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算運(yùn)算規(guī)則:“逢二進(jìn)一”1101+111101+11=010101011100001110-11=1011例:1110-111011在邏輯代數(shù)(又稱布爾代數(shù))中的變量稱為邏輯變量一、三種基本運(yùn)算(一)基本運(yùn)算的概念變量的取值只有0和1兩種可能只有當(dāng)兩個(gè)開關(guān)同時(shí)閉合,指示燈才會(huì)亮我們約定:把開關(guān)閉合作為條件滿足,把指示燈亮作為結(jié)果發(fā)生只有條件同時(shí)滿足時(shí),結(jié)果才發(fā)生,+-AYB邏輯與(邏輯乘、積)這種因果關(guān)系叫做邏輯與,或者叫邏輯乘。滅亮1.2邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算只要條件之一滿足時(shí),結(jié)果就發(fā)生,這種因果關(guān)系叫做邏輯或開關(guān)閉合時(shí),指示燈不亮,而開關(guān)斷開時(shí),指示燈亮邏輯非只要有任意一個(gè)開關(guān)閉合,指示燈就亮;只要條件滿足,結(jié)果就不發(fā)生;而條件不滿足,結(jié)果一定發(fā)生。這種因果關(guān)系叫做邏輯非,或者叫邏輯反邏輯或(邏輯加、和)滅亮+-AYB邏輯非(邏輯反、反相)+-AYR亮滅若條件滿足用1表示,不滿足用0表示;事件發(fā)生用1表示,不發(fā)生用表示0。則可以列出邏輯關(guān)系的圖表——邏輯真值表與(AND)或(OR)非(NOT)ABYABYAY00001010011100001110111101101.邏輯真值表(二)邏輯運(yùn)算的描述2.邏輯表達(dá)式3.邏輯符號(hào)Y=A·B或?qū)懗桑篩=AB與:或:非:Y=A+B實(shí)現(xiàn)與、或、非邏輯運(yùn)算的單元電路分別叫做與門、或門、非門&YAB≥1ABY1AY與門或門非門與門或門非門二、復(fù)合邏輯運(yùn)算實(shí)際的邏輯問題往往比與、或、非復(fù)雜的多,不過它們都可以用與、或、非的組合來實(shí)現(xiàn)。最常見的復(fù)合邏輯運(yùn)算有與非、或非、與或非、異或、同或等。ABY001與非或非異或同或011101110只有輸入都是1時(shí),輸出才是0ABY001010100110ABY000011101110ABY001010100111只要輸入有一個(gè)為0,輸出就是1只有輸入都是0時(shí),輸出才是1輸入不同時(shí),輸出為1輸入不同時(shí),輸出為0只要輸入有一個(gè)為1時(shí),輸出就是0輸入相同時(shí),輸出為0輸入相同時(shí),輸出為1ABABCDY00001000110010100110010010101101101011101000110011101011011011000110101110011110與或非&=1≥1=1與或非真值表只有A、B或C、D同時(shí)為1時(shí),輸出才是0與或非表達(dá)式:與或非門邏輯符號(hào)與非門或非門異或門同或門&≥11.3邏輯代數(shù)的基本公式和常用公式一、常量之間的關(guān)系二、基本公式0-1律:描述了變量與常量之間的運(yùn)算規(guī)則互補(bǔ)律:描述了變量與其反變量之間的運(yùn)算規(guī)律重疊律:描述了同一變量的運(yùn)算規(guī)律非非律:表明一個(gè)變量經(jīng)過兩次求反之后還原為其本身分別令A(yù)=0及A=1代入這些公式,即可證明它們的正確性。以上定律可以用真值表證明,也可以用公式證明。例如,證明加對(duì)乘的分配律A+BC=(A+B)(A+C)。證:(A+B)(A+C)=(A+B)A+(A+B)C
=A·A+A·B+A·C+B·C =A+AB+AC+BC=A(1+B+C)+BC=A+BC
因此有A+BC=(A+B)(A+C)
證明AB000110111110111010001000證明:公式可推廣為:若兩個(gè)乘積項(xiàng)分別含有同一因子的原變量和反變量(如上式中的A和
),而這兩項(xiàng)的其它因子又都是第三個(gè)乘積項(xiàng)的因子,則第三個(gè)乘積項(xiàng)是多余的。例:
A+=1吸收一、代入定理1.4邏輯代數(shù)的基本定理任何一個(gè)含有某變量的等式,如果等式中所有出現(xiàn)此變量的位置均代之以一個(gè)邏輯函數(shù)式,則此等式依然成立例:AB=A+B利用反演律BC替代B得由此反演律能推廣到n個(gè)變量:二、反演定理例:又例:如Y是一個(gè)與或式(先與運(yùn)算再或運(yùn)算),而看作一個(gè)整體(或說成一個(gè)變量)將Y中的則變成了或與式對(duì)于任意一個(gè)邏輯函數(shù)式F,做如下處理:若把式中的運(yùn)算符“.”換成“+”,“+”
換成“.”;常量“0”換成“1”,“1”換成“0”;原變量換成反變量,反變量換成原變量那么得到的新函數(shù)式稱為原函數(shù)式F的反函數(shù)式。注:①保持原函數(shù)的運(yùn)算次序,必要時(shí)適當(dāng)?shù)丶尤肜ㄌ?hào)②不屬于單個(gè)變量上的非號(hào)有兩種處理方法非號(hào)保留,而非號(hào)下面的函數(shù)式按反演規(guī)則變換將非號(hào)去掉,而非號(hào)下的函數(shù)式保留不變例:F(A、B、C)其反函數(shù)為或三、對(duì)偶定理
將一個(gè)等式兩邊的“·”換成“+”,“+”換成“·”,0換成1,1換成0,保持變量不變,得到一個(gè)新的等式.,這兩個(gè)等式互為對(duì)偶式,這就是對(duì)偶定理。
例:我們觀察基本公式會(huì)發(fā)現(xiàn)公式1和公式2它們都互為對(duì)偶式?;閷?duì)偶式互為對(duì)偶式1.5邏輯函數(shù)及其表示方法
一、邏輯函數(shù)邏輯函數(shù):如果對(duì)應(yīng)于輸入邏輯變量A、B、C、…的每一組確定值,輸出邏輯變量Y就有唯一確定的值,則稱Y是A、B、C、…的邏輯函數(shù)。記為
注意:與普通代數(shù)不同的是,在邏輯代數(shù)中,不管是變量還是函數(shù),其取值都只能是0或1,并且這里的0和1只表示兩種不同的狀態(tài),沒有數(shù)量的含義。二、邏輯函數(shù)的表示方法(邏輯式、真值表、邏輯圖、卡諾圖)1.邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式:將輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系用邏輯運(yùn)算符號(hào)來描述。特點(diǎn)是:簡(jiǎn)潔、抽象,便于化簡(jiǎn)和轉(zhuǎn)換。例:Y=(B+C)?A2.邏輯真值表(簡(jiǎn)稱真值表)特點(diǎn)是:直觀、煩瑣(尤其是輸入變量較多時(shí)),具有唯一性。是將實(shí)際的問題抽象為邏輯問題的首選描述方法。真值表:將輸入變量所有的取值和對(duì)應(yīng)的函數(shù)值,列成表格。ABY001011101110邏輯圖:將輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系用邏輯圖形符號(hào)來描述。3.邏輯圖卡諾圖是專門用來化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)的,將在下一節(jié)專門介紹。4.卡諾圖特點(diǎn)是:接近實(shí)際電路,是組裝、維修的必要資料。例:對(duì)一個(gè)舉重裁判電路,規(guī)定必須有一名主裁判和任一名副裁判同時(shí)認(rèn)定運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作合格,試舉才成功,即燈亮。主裁判掌握按鈕A,兩名副裁判分別掌握按鈕B和C,裁判認(rèn)為動(dòng)作合格才按鈕。解:以A=1,B=1,C=1表示三按紐按下狀態(tài),A=0,B=0,C=0表示沒有按下,Y=1表示燈亮,Y=0表示燈不亮,得邏輯函數(shù):Y=F(A,B,C)ABCY00000010010001101000101111011111Y=(B+C)?A=A?(B+C)(3)邏輯圖:(1)邏輯真值表(2)邏輯表達(dá)式:三、邏輯函數(shù)的最小項(xiàng):最小項(xiàng):一個(gè)n變量的邏輯函數(shù)的“與或”式,若其中每個(gè)“與”項(xiàng)都包含了n個(gè)變量(每個(gè)變量或以其原變量形式、或以其反變量形式在“與”項(xiàng)中必須并且僅出現(xiàn)一次),這種“與”項(xiàng)稱為最小項(xiàng)。三變量邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)有8個(gè)(23),四變量邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)有16個(gè)(24),…..n變量邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)有2n個(gè)。以三變量的邏輯函數(shù)為例,以下為三變量最小項(xiàng)的編號(hào)表(下一頁(yè))若兩個(gè)最小項(xiàng)僅有一個(gè)因子不同,則稱這兩個(gè)最小項(xiàng)具有相鄰性。例:和,這兩個(gè)最小項(xiàng)相加時(shí)能合并,并可消去1個(gè)因子。最小項(xiàng)性質(zhì):①在輸入變量的任何一取值下必有一個(gè)最小項(xiàng),而且僅有一個(gè)最小項(xiàng)的值為1。②任意兩個(gè)最小項(xiàng)的乘積為0。③全體最小項(xiàng)之和為1。④具有相鄰性的兩個(gè)最小項(xiàng)之和可以合并為一項(xiàng)并消去一個(gè)因子。
邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)之和形式:利用基本公式可把任一邏輯函數(shù)式展開為最小項(xiàng)之和的形式。這種形式在邏輯函數(shù)的圖形化簡(jiǎn)法中以及計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。例1:例2:1.6邏輯函數(shù)的公式化簡(jiǎn)
一、邏輯運(yùn)算符的完備性
對(duì)于一個(gè)代數(shù)系統(tǒng),若僅用它所定義的一組運(yùn)算符號(hào)就能解決所有的運(yùn)算問題,則稱這一組符號(hào)是一個(gè)完備的集合,簡(jiǎn)稱完備集。在邏輯代數(shù)中,與、或、非是三種最基本的運(yùn)算,n變量的所有邏輯函數(shù)都可以用n個(gè)變量及一組邏輯運(yùn)算符“·、+、-”來構(gòu)成,因此稱“·、+、-”運(yùn)算符是一組完備集。
但是“與、或、非”并不是最好的完備集,因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)要使用三種不同規(guī)格的邏輯門。實(shí)際上從反演律可以看出,有了“與”和“非”可得出“或”,有了“或”和“非”可得出“與”,因此“與非”、“或非”、“與或非”運(yùn)算中的任何一種都能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)“與、或、非”運(yùn)算,這三種復(fù)合運(yùn)算每種都是完備集,而且實(shí)現(xiàn)函數(shù)只需要一種規(guī)格的邏輯門,這就給設(shè)計(jì)工作帶來許多方便。
例如,任何一個(gè)邏輯函數(shù)式都可以通過邏輯變換寫成以下五種形式:與或式或與式與非與非式或非或非式與或非式意義表達(dá)式越簡(jiǎn)單邏輯圖就越簡(jiǎn)單,對(duì)應(yīng)的實(shí)際電路也就越簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠最簡(jiǎn)與或式的定義:乘積項(xiàng)最少、乘積項(xiàng)中的因子也最少。二、化簡(jiǎn)方法1.合并法利用公式:例:AB是公共因子介紹最簡(jiǎn)與或式的目的有兩個(gè):一是容易判斷是否最簡(jiǎn),二是化簡(jiǎn)的工具(就是基本公式和定理)方便。
兩個(gè)乘積項(xiàng)分別含有同一因子的原變量和反變量,而其它因子都相同——公共因子,可以合并成一項(xiàng),留下公共因子2.吸收法利用公式:例:
兩個(gè)乘積項(xiàng)相加,如果一項(xiàng)是另一項(xiàng)的因子,則另一項(xiàng)是多余的3.消項(xiàng)法利用公式
例:
4.消因子法例:兩個(gè)乘積項(xiàng)分別含有同一因子A的原變量和反變量,而這兩項(xiàng)的其它因子又都是第三個(gè)乘積項(xiàng)的因子,則第三個(gè)乘積項(xiàng)是多余的兩個(gè)乘積項(xiàng)相加,如果一項(xiàng)的反是另一項(xiàng)的因子,則另一項(xiàng)中的這個(gè)因子是多余的摩根定理提取C消去因子吸收化簡(jiǎn)較復(fù)雜的函數(shù)時(shí),往往需要靈活地、交替地綜合運(yùn)用上述方法,才能得到最簡(jiǎn)的結(jié)果。例:解:注意用公式化簡(jiǎn)斜體部分。用公式化簡(jiǎn)函數(shù),沒有固定的步驟,比較靈活,有一定的技巧。消去因子摩根定理吸收兩個(gè)乘積項(xiàng)分別含有同一因子B的原變量和反變量,而這兩項(xiàng)的其它因子又都是第三個(gè)乘積項(xiàng)的因子,則第三個(gè)乘積項(xiàng)是多余的1.7邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)
一、邏輯函數(shù)的卡諾圖表示
(一)最小項(xiàng)的相鄰性中,兩個(gè)最小項(xiàng)只有一個(gè)變量取值不同,我們就說這兩個(gè)最小項(xiàng)在邏輯上相鄰。例如:
、ABC就是兩個(gè)邏輯相鄰的最小項(xiàng)中,用公式可以化簡(jiǎn)上式:合并這兩個(gè)最小項(xiàng)合并成了一項(xiàng),消去了那個(gè)變量取值不同的變量(因子),剩下“公共”變量(因子)。
這不是一個(gè)“偶然”,而是一個(gè)規(guī)律,但直接從表達(dá)式中觀察相鄰的最小項(xiàng)有一定的難度。(二)卡諾圖卡諾圖以方塊圖的形式,將邏輯上相鄰的最小項(xiàng)放在一起,這對(duì)化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)非常直觀、方便三變量的卡諾圖
四變量的卡諾圖
000111100m0m1m3m21m4m5m7m60001111000m0m1m3m201m4m5m7m611m12m13m15m1410m8m9m11m10ABCDBCA除了幾何位置(上下左右)相鄰的最小項(xiàng)邏輯相鄰以外,一行或一列的兩端也有相鄰性。圖形左側(cè)和上側(cè)的數(shù)字,表示對(duì)應(yīng)最小項(xiàng)變量的取值
AB=11CD=10要熟記這些數(shù)字和最小項(xiàng)的排列次序ABCD=1110對(duì)應(yīng)的最小項(xiàng)是m14=(三)用卡諾圖表示邏輯函數(shù)首先把邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)換成最小項(xiàng)之和的形式,然后在卡諾圖上與這些最小項(xiàng)對(duì)應(yīng)的位置上填1,其余填0(也可以不填),就得到了表示這個(gè)邏輯函數(shù)的卡諾圖。實(shí)際上就是將函數(shù)值填入相應(yīng)的方塊。例:填寫三變量邏輯函數(shù)Y(A、B、C)=∑m(3,5,6,7)的卡諾圖0001111001BCA1解:Y有4個(gè)最小項(xiàng)m3
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