数字电子技术基础-西安电子科技大学第2章ppt课件.ppt

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1、第2章 逻辑代数基础 第第2章章 逻辑代数基础逻辑代数基础 2.1 逻辑代数的三种基本运算逻辑代数的三种基本运算 2.2 逻辑代数的基本定律和规则逻辑代数的基本定律和规则 2.3 复合逻辑复合逻辑 2.4 逻辑函数的两种标准形式逻辑函数的两种标准形式 2.5 逻辑函数的代数化简法逻辑函数的代数化简法2.6 逻辑函数的卡诺图化简逻辑函数的卡诺图化简2.7 非完全描述逻辑函数的化简非完全描述逻辑函数的化简 第2章 逻辑代数基础 2.1 逻辑代数的三种基本运算逻辑代数的三种基本运算 2.1.1 逻辑变量与逻辑函数逻辑变量与逻辑函数 逻辑是指事物因果之间所遵循的规律。为了避免用冗繁的文字来描述逻辑问题

2、，逻辑代数采用逻辑变量和一套运算符组成逻辑函数表达式来描述事物的因果关系。 逻辑代数中的变量称为逻辑变量，一般用大写字母A、B、 C、表示，逻辑变量的取值只有两种，即逻辑0和逻辑1。 0和1称为逻辑常量。但必须指出，这里的逻辑0和1本身并没有数值意义，它们并不代表数量的大小，而仅仅是作为一种符号，代表事物矛盾双方的两种状态。第2章 逻辑代数基础 逻辑函数与普通代数中的函数相似，它是随自变量的变化而变化的因变量。因此，如果用自变量和因变量分别表示某一事件发生的条件和结果，那么该事件的因果关系就可以用逻辑函数来描述。 数字电路的输入、输出量一般用高、低电平来表示，高、低电平也可以用二值逻辑1和0来

3、表示。同时数字电路的输出与输入之间的关系是一种因果关系， 因此它可以用逻辑函数来描述，并称为逻辑电路。对于任何一个电路，若输入逻辑变量A、 B、 C、 的取值确定后，其输出逻辑变量F的值也被惟一地确定了，则可以称F是A、 B、 C、 的逻辑函数， 并记为 ),( CBAfF第2章 逻辑代数基础 2.1.2 三种基本运算三种基本运算 1. 与运算与运算(逻辑乘逻辑乘) 与运算(逻辑乘)表示这样一种逻辑关系：只有当决定一事件结果的所有条件同时具备时，结果才能发生。例如在图2-1所示的串联开关电路中，只有在开关A和B都闭合的条件下，灯F才亮，这种灯亮与开关闭合的关系就称为与逻辑。 如果设开关A、B闭

4、合为1，断开为0，设灯F亮为1，灭为0， 则F与A、B的与逻辑关系可以用表2-1所示的真值表来描述 所谓真值表，就是将自变量的各种可能的取值组合与其因变量的值一一列出来的表格形式。 第2章 逻辑代数基础 图 2 -1 与逻辑实例 AFBE第2章 逻辑代数基础 表 2-1 与逻辑运算真值表 A BF0 00 11 01 10001与逻辑可以用逻辑表达式表示为F=AB 第2章 逻辑代数基础 在逻辑代数中，将与逻辑称为与运算或逻辑乘。符号“”表示逻辑乘，在不致混淆的情况下，常省去符号“”。在有些文献中，也采用、 及&等符号来表示逻辑乘。 实现与逻辑的单元电路称为与门，其逻辑符号如图2-2所示，其中图

5、(a)为我国常用的传统符号，图(b)为国外流行的符号，图(c)为国标符号(见附录一)。图2-3是一个2 输入的二极管与门电路。图中输入端A、B的电位可以取两种值：高电位+3V或低电位0V。设二极管为理想开关，并规定高电位为逻辑1，低电位为逻辑0，那么F与A、B之间逻辑关系的真值表与表2-1相同， 因而实现了F=AB的功能。 第2章 逻辑代数基础 图 2-2 与门的逻辑符号 图 2-3 二极管与门 FAB(a)(b)&FAB(c)FABUCC(+5V)R3.9kABFV1V2第2章 逻辑代数基础 2. 或运算或运算(逻辑加逻辑加) 图 2-4 或逻辑实例 FABE第2章 逻辑代数基础 表 2-2

6、 或逻辑运算真值表 A BF0 00 11 01 10111或逻辑可以用逻辑表达式表示为F=A+B 或逻辑也称为或运算或逻辑加。符号“+”表示逻辑加。有些文献中也采用、等符号来表示逻辑加。 第2章 逻辑代数基础 实现或逻辑的单元电路称为或门，其逻辑符号如图2-5所示，其中图(a)为我国常用的传统符号，图(b)为国外流行的符号， 图(c)为国标符号(见附录一)。 图2-6是一个 2 输入的二极管或门电路。图中输入端A、 B的电位可以取两种值： 高电位+3V或低电位0 V。 设二极管为理想开关，并规定高电位为逻辑1，低电位为逻辑0，则F与A、B之间逻辑关系的真值表与表2-2相同， 因此实现了F=A

7、+B的功能。 第2章 逻辑代数基础 图 2-5 或门的逻辑符号 图 2-6 二极管或门 FAB(a)(b)FAB(c)1FABR3.9kBAFV2V1第2章 逻辑代数基础 3. 非运算非运算(逻辑反逻辑反) 非运算(逻辑反)是逻辑的否定：当条件具备时，结果不会发生；而条件不具备时，结果一定会发生。例如，在图2-7所示的开关电路中，只有当开关A断开时，灯F才亮，当开关A闭合时，灯F反而熄灭。灯F的状态总是与开关A的状态相反。这种结果总是同条件相反的逻辑关系称为非逻辑。非逻辑的真值表如表2-3所示，其逻辑表达式为 AF 通常称A为原变量，A为反变量。 第2章 逻辑代数基础 图 2-7 非逻辑实例

8、AF0110表 2-3 非逻辑运算真值表 FARE第2章 逻辑代数基础 图 2-8 非门逻辑符号 FA(a)FA(b)1FA(c)第2章 逻辑代数基础 图 2-9 三极管非 RVRCF(UI)UCC(+5v)A(UO)第2章 逻辑代数基础 2.2 逻辑代数的基本定律和规则逻辑代数的基本定律和规则 2.2.1 基本定律基本定律 1. 变量和常量的关系式 逻辑变量的取值只有0和1，根据三种基本运算的定义，可推得以下关系式。 0-1律： A0 =0 A+1 =1自等律：A1=A A+0=A重叠律：AA=A A+A=A互补律：AA=0 A+A=1 第2章 逻辑代数基础 2. 与普通代数相似的定律与普通

9、代数相似的定律交换律 AB=BA A+B=B+A结合律 (AB)C=A(BC) (A+B)+C=A+(B+C)分配律 A(B+C)=AB+AC A+BC=(A+B)(A+C) 以上定律可以用真值表证明，也可以用公式证明。例如， 证明加对乘的分配律A+BC=(A+B)(A+C)。 证： (A+B)(A+C) =AA+AB+AC+BC =A+AB+AC+BC =A(1+B+C)+BC=A+BC因此有 A+BC=(A+B)(A+C) 第2章 逻辑代数基础 3. 逻辑代数中的特殊定律逻辑代数中的特殊定律反演律(De Morgan定律)： BABABABA还原律： AA表 2-4 反演律证明 AB0 0

10、0 11 01 11110111010001000ABBABABA第2章 逻辑代数基础 2.2.2 三个重要规则三个重要规则 1. 代入规则代入规则 任何一个逻辑等式，如果将等式两边所出现的某一变量都代之以同一逻辑函数，则等式仍然成立，这个规则称为代入规则。 由于逻辑函数与逻辑变量一样，只有0、1两种取值， 所以代入规则的正确性不难理解。运用代入规则可以扩大基本定律的运用范围。 例如，已知A+B=AB(反演律)，若用F=B+C代替等式中的B，则可以得到适用于多变量的反演律， 即 CBACBACBA第2章 逻辑代数基础 2. 反演规则反演规则 对于任意一个逻辑函数式F，如果将其表达式中所有的算符

11、“”换成“+”， “+”换成“”，常量“0”换成“1”，“1”换成“0”，原变量换成反变量，反变量换成原变量，则所得到的结果就是 。 称为原函数F的反函数，或称为补函数。 反演规则是反演律的推广，运用它可以简便地求出一个函数的反函数。 例如： FF,ACDCABF);()(CADCBAF若 则 ,EDCBAF。EDCBAF若 则 运用反演规则时应注意两点： 不能破坏原式的运算顺序先算括号里的，然后按“先与后或”的原则运算。 不属于单变量上的非号应保留不变。 第2章 逻辑代数基础 3. 对偶规则对偶规则 对于任何一个逻辑函数，如果将其表达式F中所有的算符“”换成“+”, “+”换成“”，常量“0

12、”换成“1”，“1”换成“0”， 而变量保持不变，则得出的逻辑函数式就是F的对偶式，记为F(或F*)。 例如： AFAFCBAFCBAFCABAFCABAF,;,);1()(),0(则若则若则若以上各例中F是F的对偶式。不难证明F也是F对偶式。 即F与F互为对偶式。 第2章 逻辑代数基础 任何逻辑函数式都存在着对偶式。 若原等式成立， 则对偶式也一定成立。即，如果F=G,则F=G。这种逻辑推理叫做对偶原理，或对偶规则。 必须注意，由原式求对偶式时，运算的优先顺序不能改变， 且式中的非号也保持不变。 观察前面逻辑代数基本定律和公式，不难看出它们都是成对出现的， 而且都是互为对偶的对偶式。 例如，

13、已知乘对加的分配律成立，即A(B+C)=AB+AC，根据对偶规则有，A+BC=(A+B)(A+C)，即加对乘的分配律也成立。 第2章 逻辑代数基础 2.2.3 若干常用公式若干常用公式 1. 合并律合并律 ABAAB 在逻辑代数中，如果两个乘积项分别包含了互补的两个因子(如B和B)， 而其它因子都相同，那么这两个乘积项称为相邻项。 合并律说明，两个相邻项可以合并为一项， 消去互补量。 第2章 逻辑代数基础 2. 吸收律吸收律 A+AB=A 证： A+AB=A(1+B)=A1=A 该公式说明，在一个与或表达式中，如果某一乘积项的部分因子(如AB项中的A)恰好等于另一乘积项(如A)的全部， 则该乘

14、积项(AB)是多余的。 BABABAAABAABABAA)(1)( 证： 第2章 逻辑代数基础 该公式说明，在一个与或表达式中，如果一个乘积项(如A)取反后是另一个乘积项(如 的因子，则此因子 是多余的。 BAACAABBCAABCCAABBCAACAABBCCAABCAABBCCAAB)( 证： 推论： CAABBCDCAAB证：AB+AC=AB+ABC+AC+ABC=AB+AC+BC（A+A） =AB+AC+BC第2章 逻辑代数基础 证：AB+AC+BCD=AB+AC+BC+BCD =AB+AC+BC（1+D）=AB+AC 该公式及推论说明，在一个与或表达式中，如果两个乘积项中的部分因子互

15、补(如AB项和AC项中的A和A)，而这两个乘积项中的其余因子(如B和C)都是第三个乘积项中的因子， 则这个第三项是多余的。 第2章 逻辑代数基础 2.3 复复 合合 逻逻 辑辑 2.3.1 复合逻辑运算和复合门复合逻辑运算和复合门 1. 与非、与非、 或非、或非、 与或非逻辑运算与或非逻辑运算与非逻辑运算是与运算和非运算的组合， 即 BAF或非逻辑运算是或运算和非运算的组合， 即 BAF 与或非逻辑运算是与、或、非三种运算的组合，即 CDABF第2章 逻辑代数基础 图图 2-10 与非门、与非门、 或非门和与或非门的逻辑符或非门和与或非门的逻辑符号号 (a) 与非门；与非门； (b) 或非门；

16、或非门； (c) 与或非门与或非门 FFBFA(a)FA&ABBFBFA(b)FAABB1FBADCABCDFBADC1&(c)第2章 逻辑代数基础 2. 异或和同或逻辑运算异或和同或逻辑运算 异或逻辑的含义是：当两个输入变量相异时，输出为1； 相同时输出为0。 是异或运算的符号。 异或运算也称模2加运算。 异或逻辑的真值表如表2-5所示， 其逻辑表达式为 BABABAFA BF0 00 11 01 10110表表 2-5 异或逻辑真值表异或逻辑真值表 第2章 逻辑代数基础 图 2-11 异或门和同或门的逻辑符号(a) 异或门； (b) 同或门 FBFA(a)FAABB 1FBFA(b)FAA

17、BB第2章 逻辑代数基础 同或逻辑与异或逻辑相反，它表示当两个输入变量相同时输出为1；相异时输出为0。 是同或运算的符号。 同或逻辑的真值表如表2-6所示，其逻辑表达式为 ABBABAFA BF0 00 11 01 11001表 2-6 同或逻辑真值表 第2章 逻辑代数基础 由定义和真值表可见，异或逻辑与同或逻辑互为反函数，即 BABABABA, 不仅如此，它们还互为对偶式。如果 ，G=A B， 不难证明F=G, G=F。 因此可以将“ ”作为“ ”的对偶符号，反之亦然。由以上分析可以看出， 两变量的异或函数和同或函数既互补又对偶，这是一对特殊函数。 BAF第2章 逻辑代数基础 表 2-7 常

18、用异或和同或运算公式 此外， AAAAA0(A的个数为偶数) (A的个数为奇数) 第2章 逻辑代数基础 对于一个代数系统， 若仅用它所定义的一组运算符号就能解决所有的运算问题， 则称这一组符号是一个完备的集合， 简称完备集。 在逻辑代数中， 与、 或、 非是三种最基本的运算，n变量的所有逻辑函数都可以用n个变量及一组逻辑运算符“、 +、 -”来构成， 因此称“、 +、 -”运算符是一组完备集。 2.3.2 逻辑运算符的完备性逻辑运算符的完备性第2章 逻辑代数基础 但是“与、 或、 非”并不是最好的完备集， 因为它实现一个函数要使用三种不同规格的逻辑门。 实际上从反演律可以看出， 有了“与”和“

19、非”可得出“或”， 有了“或”和“非”可得出“与”， 因此“与非”、 “或非”、 “与或非”运算中的任何一种都能单独实现“与、 或、 非”运算， 这三种复合运算每种都是完备集， 而且实现函数只需要一种规格的逻辑门， 这就给设计工作带来许多方便。 第2章 逻辑代数基础 例如，任何一个逻辑函数式都可以通过逻辑变换写成以下五种形式： CABACABACAABCABACAABF)()()(与或式 或与式 与非与非式 或非或非式 与或非式 第2章 逻辑代数基础 图 2-12 逻辑函数的五种形式 &AB&C1(a)&B&AC&(c)AAF=AB+ACABC1(b)BA(d)A&1F=(A+B)(A+C)1

20、11ACA1&(e)BCAF=(A+B)+(A+C)F=AB+ACF=ABAC第2章 逻辑代数基础 2.4 逻辑函数的两种标准形式逻辑函数的两种标准形式 2.4.1 最小项和最小项表达式最小项和最小项表达式 1. 最小项最小项 n个变量的最小项是n个变量的“与项”，其中每个变量都以原变量或反变量的形式出现一次。 两 个 变 量 A 、 B 可 以 构 成 四 个 最 小 项 ，三个变量A、B、C可以构成八个最小项 ，可见n个变量的最小项共有2n个。 ABCCABCBACBABCACBACBACBA、ABBABABA、第2章 逻辑代数基础 表 2-8 三变量逻辑函数的最小项 第2章 逻辑代数基础

21、 最小项具有以下性质： n变量的全部最小项的逻辑和恒为1，即 1120niim 任意两个不同的最小项的逻辑乘恒为0， 即 )(0jimmji n变量的每一个最小项有n个相邻项。例如，三变量的某一最小项 有三个相邻项： 。这种相邻关系对于逻辑函数化简十分重要。 CBACBABCACBA、第2章 逻辑代数基础 2. 最小项表达式最小项表达式标准与或式标准与或式 如果在一个与或表达式中，所有与项均为最小项， 则称这种表达式为最小项表达式，或称为标准与或式、标准积之和式。 例如： CABCBACBACBAF),(是一个三变量的最小项表达式， 它也可以简写为 )6 , 5 , 4(),(645mmmmC

22、BAF第2章 逻辑代数基础 任何一个逻辑函数都可以表示为最小项之和的形式： 只要将真值表中使函数值为1的各个最小项相或，便可得出该函数的最小项表达式。 由于任何一个函数的真值表是惟一的，因此其最小项表达式也是惟一的。 表 2-9 真值表 A B CF0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 101101011第2章 逻辑代数基础 从真值表可知，当A、B、C取值分别为001、010、 100、111时，F为1，因此最小项表达式由这四种组合所对应的最小项进行相或构成，即 )7 , 4 , 2 , 1 (mABCCBACBACBAF表 2-10 三变量逻辑函数的最

23、大项 第2章 逻辑代数基础 2.4.2 最大项和最大项表达式最大项和最大项表达式 1. 最大项最大项 n个变量的最大项是n个变量的“或项”，其中每一个变量都以原变量或反变量的形式出现一次。 n个变量可以构成2n个最大项。最大项用符号Mi表示(见表2-10)。与最小项恰好相反，对于任何一个最大项，只有一组变量取值使它为0，而变量的其余取值均使它为1。 例如，或项 仅和变量取值101对应，故用M5表示。 CBA第2章 逻辑代数基础 最大项具有以下性质： n变量的全部最大项的逻辑乘恒为0，即 1200niiM n变量的任意两个不同的最大项的逻辑和必等于1，即 )( 1jiMMji n变量的每个最大项

24、有n个相邻项。例如，三变量的某一最大项 有三个相邻项： )(CBA。、)()()(CBACBACBA第2章 逻辑代数基础 2. 最小项与最大项之间的关系最小项与最大项之间的关系 变量数相同，编号相同的最小项和最大项之间存在互补关系，即 iiiimMMm,例如： 7777MCBACBACBAMmCBACBAM第2章 逻辑代数基础 3. 最大项表达式最大项表达式标准或与式标准或与式 在一个或与式中，如果所有的或项均为最大项，则称这种表达式为最大项表达式，或称为标准或与式、标准和之积表达式。 如果一个逻辑函数的真值表已给出，要写出该函数的最大项表达式，可以先求出该函数的反函数 ，并写出 的最小项表达

25、式，然后将 再求反，利用mi和Mi的互补关系便得到最大项表达式。例如，已知表2-11的真值表，可得 FFF第2章 逻辑代数基础 表 2-11 真值表 A B C F F0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 01 00 10 11 01 00 10 1)7 , 6 , 3 , 2()5 , 4 , 1 , 0(7632763276327632MmmmmmmmmmmmmFFmmmmFmF可见，最大项表达式是真值表中使函数值为0的各个最大项相与。 得出结论：任何一个逻辑函数既可以用最小项表达式表示，也可以用最大项表达式表示。如果将一个n变量函数的最小项表

26、达式改为最大项表达式时，其最大项的编号必定都不是最小项的编号， 而且这些最小项的个数和最大项的个数之和为2n。 第2章 逻辑代数基础 2.5 逻辑函数的代数化简法逻辑函数的代数化简法 1. 并项法并项法 利用公式AB+AB=A将两项合并成一项，并消去互补因子。如：AACCACBBCACBCBACBAABCCABCBAFDCADCABDCBAF)()(第2章 逻辑代数基础 2. 吸收法吸收法 利用吸收律 A+AB=A、 和 吸收(消去)多余的乘积项或多余的 因子。 如： BABAACAABBCCAABDCACBAADEDCACBADCADEACBAFDCDAABCBDDACABCBDDCAABC

27、BDDCDAABCFCBDACDCBACDCABAFCABCABABCBAABCBCAABF)()(第2章 逻辑代数基础 3. 配项法配项法 利用重叠律A+A=A、互补律A+ A = 1 和吸收律AB+AC+BC=AB+AC先配项或添加多余项，然后再逐步化简。如： DCBACDABCBACDABABCBACDBACBACCBDBDAACF)(添多余项AB) (去掉多余项AB) 第2章 逻辑代数基础 ABCBCAABBCAABCCBCBACBAABAABCCBCCBAABBCCBBAFCBBACACABCBABCACBACBACBACABBCACBACBAF)()()()()(第2章 逻辑代数基

28、础 2.6 逻辑函数的卡诺图化简逻辑函数的卡诺图化简 2.6.1 卡诺图的构成卡诺图的构成 在逻辑函数的真值表中， 输入变量的每一种组合都和一个最小项相对应，这种真值表也称最小项真值表。卡诺图就是根据最小项真值表按一定规则排列的方格图。 第2章 逻辑代数基础 表 2-12 三变量最小项 第2章 逻辑代数基础 图 2-14 四变量、五变量K图 0ABCD00011110(a)141285139327151161410000111100ABCDE000(b)14128513932715116141000011110242528201629211727263123193022180010110101

29、10111101100A B CA B CA B CA B CA B CA B CA B CA B CABC0001111001(a)m0ABC0001111001(b)m1m2m6m4m3m7m50ABC0001111001(c)1264375图 2-13 三变量K图 第2章 逻辑代数基础 由图2-14可以看出，K图具有如下特点： n变量的卡诺图有2n个方格，对应表示2n个最小项。每当变量数增加一个，卡诺图的方格数就扩大一倍。 卡诺图中任何几何位置相邻的两个最小项，在逻辑上都是相邻的。由于变量取值的顺序按格雷码排列，保证了各相邻行(列)之间只有一个变量取值不同，从而保证画出来的最小项方格图具

30、有这一重要特点。 所谓几何相邻，一是相接，即紧挨着； 二是相对，即任意一行或一列的两头；三是相重， 即对折起来位置重合。 所谓逻辑相邻，是指除了一个变量不同外其余变量都相同的两个与项。 第2章 逻辑代数基础 例如图2-14(b)五变量K图中，m5在几何位置上与m4、m7、m1、m13、m21相邻，因此 与 相邻， 此外还与 和 分别相邻， 即m5有五个相邻项。可见卡诺图也反映了n变量的任何一个最小项有n个相邻项这一特点。 卡诺图的主要缺点是随着输入变量的增加图形迅速复杂， 相邻项不那么直观，因此它只适于用来表示6个以下变量的逻辑函数。 EDCBAm 5EDCBAm 4EDBCAmEDCBAmC

31、DEBAm1317、EDCBAm21第2章 逻辑代数基础 2.6.2 逻辑函数的卡诺图表示法逻辑函数的卡诺图表示法 1. 给出逻辑函数的最小项表达式给出逻辑函数的最小项表达式 只要将构成逻辑函数的最小项在卡诺图上相应的方格中填1，其余的方格填0(或不填)，则可以得到该函数的卡诺图。也就是说，任何一个逻辑函数都等于其卡诺图上填1的那些最小项之和。 例如，用卡诺图表示函数 时，只需在三变量卡诺图中将m0、m3、m4、m6处填1，其余填0(或不填)，如图2-15(a)所示。 同理， 的卡诺图如图 2-15(b)所示。 )6 , 4 , 3 , 0(1mF)15,12,10, 9 , 7 , 4 ,

32、2 , 0(2mF第2章 逻辑代数基础 图 2-15 F1、2的卡诺图 1ABC0001111001(a)0111ABCD00011110(b)011000101110001000111100100第2章 逻辑代数基础 2. 给出逻辑函数的一般与或式给出逻辑函数的一般与或式 将一般与或式中每个与项在卡诺图上所覆盖的最小项处都填1，其余的填0(或不填)，就可以得到该函数的卡诺图。 例如，用卡诺图表示函数 时， 先确定使每个与项为1的输入变量取值， 然后在该输入变量取值所对应的方格内填1。 ：当ABCD=101(表示可以为0，也可以为1)时该与项为1，在卡诺图上对应两个方格(m10、m11)处填1

33、。 ADDCBACBAF3CBA第2章 逻辑代数基础 ：当ABCD=001时该与项为1，对应两个方格(m2、m3)处填1。 D：当ABCD=1时该与项为1，对应八个方格(m1、m3、m5、m7、m9、m11、m13、m15)处填1。 AD：当ABCD=11时该与项为1，对应四个方格(m9、 m11、m13、m15)处填1。 某些最小项重复，只需填一次即可。CBA第2章 逻辑代数基础 图 2-16 F3的卡诺图 ABCD00011110111111111100011110第2章 逻辑代数基础 3. 给出逻辑函数的最大项表达式给出逻辑函数的最大项表达式 只要将构成逻辑函数的最大项在卡诺图相应的方格

34、中填0，其余的方格填1即可。也就是说，任何一个逻辑函数都等于其卡诺图上填0的那些最大项之积。 例如，函数 的卡诺图如图2-17所示。 必须注意，在卡诺图中最大项的编号与最小项编号是一致的，但对应输入变量的取值是相反的。 )()()6 , 2 , 0(4CBACBACBAMF第2章 逻辑代数基础 图 2-17 F4的卡诺图 0ABC00011110010011111第2章 逻辑代数基础 4. 给出逻辑函数的一般或与式给出逻辑函数的一般或与式 将一般或与式中每个或项在卡诺图上所覆盖的最大项处都填0，其余的填1即可。 例如，将函数 填入卡诺图时，先确定使每个或项为0时输入变量的取值，然后在该取值所对

35、应的方格内填0。 )(5CBCAF: )(CA: )(CB 当ABC=10时，该或项为0，对应两个方格(M4、M6)处填0。当ABC=10时，该或项为0，对应两个方格(M2、M6)处填0。第2章 逻辑代数基础 某些最大项重复，填一次即可。F5的卡诺图如图2-18所示。 图 2-18 F5的卡诺图 1ABC00011110010001111第2章 逻辑代数基础 2.6.3 最小项合并规律最小项合并规律 在卡诺图中，凡是几何位置相邻的最小项均可以合并。 两个相邻最小项合并为一项，消去一个互补变量。在卡诺图上该合并圈称为单元圈，它所对应的与项由圈内没有变化的那些变量组成，可以直接从卡诺图中读出。例如

36、，图2-19(a) 中m1、m3合并为 ，图2-19(b)中m0、m4合并为 。 任何两个相邻的单元K圈也是相邻项，仍然可以合并，消去互补变量。因此，如果K圈越大，消去的变量数就越多。 CACB第2章 逻辑代数基础 图2-19(c)、 (d)表示四个相邻最小项合并为一项，消去了两个变量，合并后积项由K圈对应的没有变化的那些变量组成。图2-19(c)中m0、m1、m4、m5合并为 ，图2-19(d)中m0、m2、m8、m10合并为 ，m5、m7、m13、m15合并为BD， m12、m13、m15、m14合并为AB。 图2-19(e)表示八个相邻最小项合并为一项，消去了三个变量，即DBCADmAm

37、)15,13,11, 9 , 7 , 5 , 3 , 1 (,)15,14,13,12,11,10, 9 , 8(第2章 逻辑代数基础 综上所述， 最小项合并有以下特点： 任何一个合并圈(即卡诺圈)所含的方格数为2i个。 必须按照相邻规则画卡诺圈，几何位置相邻包括三种情况：一是相接，即紧挨着的方格相邻；二是相对，即一行(或一列)的两头、两边、四角相邻；三是相重，即以对称轴为中心对折起来重合的位置相邻。 2m个方格合并，消去m个变量。合并圈越大，消去的变量数越多。 需要指出，上述最小项的合并规则，对最大项的合并同样是适用的。只是因为最大项是与函数的0值相对应，在卡诺图中则与0格对应，因此，最大项

38、的合并在卡诺图中是相邻的0格圈在一起。 第2章 逻辑代数基础 图 2-19 最小项合并规律 1ABC00011110011(b)ABC0001111001111ABCD0001111011100011110(c)(a)1ABCD0001111011111111100011110(d)ACACBCBDABCD0001111011111111111100011110(e)ABDABD第2章 逻辑代数基础 2.6.4 用卡诺图化简逻辑函数用卡诺图化简逻辑函数 1. 求最简与或式求最简与或式 在卡诺图上以最少的卡诺圈数和尽可能大的卡诺圈覆盖所有填1的方格， 即满足最小覆盖，就可以求得逻辑函数的最简与或

39、式。 化简的一般步骤是： 画出逻辑函数的K图。 先从只有一种圈法的最小项开始圈起，K圈的数目应最少(与项的项数最少)，K圈应尽量大(对应与项中变量数最少)。 第2章 逻辑代数基础 将每个K圈写成相应的与项， 并将它们相或， 便得到最简与或式。 圈圈时应注意，根据重叠律(A+A=A)，任何一个1格可以多次被圈用，但如果在某个K圈中所有的1格均已被别的K圈圈过，则该圈为多余圈。为了避免出现多余圈， 应保证每个K圈内至少有一个1格只被圈一次。 第2章 逻辑代数基础 【例 2-1】 求F= m(1, 3, 4, 5, 10, 11, 12, 13)的最简与或式。 解：解： 画出F的K图(见图2-20)

40、。 图 2-20 例2-1的卡诺图 ABCD000111101111111100011110第2章 逻辑代数基础 画K圈。按照最小项合并规律，将可以合并的最小项分别圈起来。 根据化简原则，应选择最少的K圈和尽可能大的K圈覆盖所有的1格。首先选择只有一种圈法的BC，剩下四个1格(m1、m3、m10、m11)用两个K圈 覆盖。 可见一共只要用三个K圈即可覆盖全部1格。 写出最简式。 CBADBA、CBADBACBF第2章 逻辑代数基础 【例【例 2-2】 求 ABCDCABDCBDBACDBF的最简与或式。 解：解： 画出F的K图。给出的F为一般与或式，将每个与项所覆盖的最小项都填1，K图如图2-

41、21所示。 图 2-21 例2-2的卡诺图 ABCD0001111011111111100011110(a)ABCD0001111011111111100011110(b)第2章 逻辑代数基础 画K圈化简函数。 写出最简与或式。 本例有两种圈法， 都可以得到最简式。 按图2-21(a)圈法： ABDDCBDCACBF按图2-21(b)圈法： ACDCABDBACBF该例说明，逻辑函数的最简式不是惟一的。 第2章 逻辑代数基础 【例 2-3】求 的最简与或式。 解：解： 画F的K图。 这是一个五变量逻辑函数，按五变量K图中的编号填图，得出F的K图如图2 - 22所示。 )31,29,27,25,

42、24,23,22,21,20,16,15,13,11, 8 , 7 , 6 , 5 , 4 , 0(mF第2章 逻辑代数基础 1ABCDE0001*11 1*11*1*100011110111111111 1*001011010110111101100图 2-22 例2-3的卡诺图 第2章 逻辑代数基础 画K圈化简函数。 先找只有一种圈法的最小项： 覆盖；用余下覆盖；：用覆盖；：用覆盖；，：用覆盖；用、ABEmmEDCmmCEmmBDEmmCBmmm)31,29,27,25()24,16, 8 , 0()31,29,23,21,15,13, 7 , 5()3127,15,11()23,22,2

43、1,20, 7 , 6 , 5 , 4(:2581311226第2章 逻辑代数基础 写出最简式。 ABEEDCCEBDECBF 如何判断得到的函数式是否为最简式呢? 下面从蕴含项的概念讨论最简式问题： 蕴含项(Implicant)。组成逻辑函数的每一个与项(积项)称为该函数的蕴含项。它可以是最小项，也可以是合并项。 第2章 逻辑代数基础 本原蕴含项(Prime Implicant)。如果逻辑函数的一个蕴含项再也不能同该函数的其它蕴含项合并组成变量数更少的蕴含项，则称该蕴含项为本原蕴含项。实际上它对应着卡诺图中不能再扩大的合并项， 即最大卡诺圈。 实质本原蕴含项(Essential Prime

44、Implicant)。不能被其它蕴含项所包含的本原蕴含项称为实质本原蕴含项。它对应着卡诺图中必不可少的最大卡诺圈，该圈至少包含了一个只有一种圈法的最小项。 第2章 逻辑代数基础 例如，已知逻辑函数F1、F2的卡诺图分别如图2-23(a)、(b)所示，化简F1时只需用 3 个最大的K圈就可以覆盖全部1格，如果用四个K圈肯定有一个多余圈。从图2-23(a)中看出，合并项AC为多余项，因为该圈中每个 1 格被圈了两次。因此可得出最简与或式为 CBDAABF1 化简图2-23(b)的F2，只用六个最大的K圈覆盖所有的 1 格，观察每一个K圈都有一个 1 格只被圈过一次，因此这六个K圈都必须存在，最简与

45、或式为 CDBADCADCABACBDBF2第2章 逻辑代数基础 图 2-23 F1、F2的化简K图 (a)ABCD00011110111111111100011110(b)1ABCD00011110111111111100011110第2章 逻辑代数基础 2. 求最简或与式求最简或与式 任何一个逻辑函数既可以等于其卡诺图上填1的那些最小项之和，也可以等于其卡诺图上填0的那些最大项之积， 因此，如果要求出某函数的最简或与式， 可以在该函数的卡诺图上合并那些填0的相邻项。这种方法简称为圈0合并， 其化简步骤及化简原则与圈1合并类同，只要按圈逐一写出或项， 然后将所得的或项相与即可。但需注意，或项

46、由K圈对应的没有变化的那些变量组成，当变量取值为0时写原变量， 取值为1时写反变量。 第2章 逻辑代数基础 【例 2-4】 求 )13,11, 9 , 7 , 6 , 5 , 4 , 3 , 1 (mF的最简或与式。 解：解： 画出F的K图(见图2-24)。 圈K圈。圈0合并，其规律与圈1相同，即K圈的数目应最少，K圈所覆盖的0格应尽可能多。本例用三个K圈覆盖所有0格。 写出最简或与式。 )()(CBADADBF第2章 逻辑代数基础 图 2-24 例2-4的卡诺图 0ABCD0001111011001111010110000011110第2章 逻辑代数基础 【例【例 2-5】 求 CCABAD

47、CBAF)()(的最简或与式。 解：解： 画出F的K图。本例给出的F为一般或与式，因此将每个或项所覆盖的最大项都填0，就可以得到F的K图如图2-25所示。 圈K圈化简函数。 写出最简或与式。 )(BADBACF 当需要将逻辑函数化为最简与或非式时， 也可以采用合并0格的方式，即在卡诺图上圈0格，先求出 的最简与或式， 然后根据F=F再求出F的最简与或非式。 F第2章 逻辑代数基础 图 2-25 例2-5的卡诺图ABCD000111100000000000000011110第2章 逻辑代数基础 2.7 非完全描述逻辑函数的化简非完全描述逻辑函数的化简 2.7.1 非完全描述的逻辑函数非完全描述的

48、逻辑函数 逻辑问题分为完全描述和非完全描述两种。如果对于输入变量的每一组取值，逻辑函数都有确定的值，则称这类函数为完全描述逻辑函数。如果对于输入变量的某些取值组合逻辑函数值不确定，即函数值可以为0，也可以为1(通常将函数值记为或)，那么这类函数称为非完全描述的逻辑函数。 第2章 逻辑代数基础 无关项发生在以下两种情况： 由于某种条件的限制(或约束)使得输入变量的某些组合不可能出现，因而在这些取值下对应的函数值是“无关”紧要的，它可以为1，也可以为0。 某些输入变量取值所产生的输出并不影响整个系统的功能，因此可以不必考虑其输出是0还是1。 非完全描述逻辑函数一般用以下方法表示： 在真值表或K图中

49、填或，表示函数值为0或1均可。 在逻辑表达式中用约束条件来表示。 第2章 逻辑代数基础 例如，十字路口的交通灯规定红灯停，绿灯行，黄灯要注意(即黄灯一亮，未过停车线的车辆也须停车)。若以变量A、B、 C分别表示红、黄、绿灯的状态，且以灯亮为1，灯灭为0， 用F表示停车与否，且以停车为1，通行为0，则F是A、B、C的函数。如果规定不允许有两个以上的灯同时亮，则A、B、C三个变量的取值组合只可能是000、001、010、100，而不应出现011、101、110、111这四种情况，即A与B、A与C、B与C、A与B与C不可能同时为1，所以A、B、C是一组具有约束的变量，其相互约束关系可以表示为，AB=

50、0、BC=0、 AC=0、ABC=0，即AB+BC+AC+ABC=0，或写成(3, 5, 6, 7)=0。 式中的最小项就是我们所说的无关项。 第2章 逻辑代数基础 2.7.2 非完全描述逻辑函数的化简非完全描述逻辑函数的化简 在非完全描述逻辑函数中，由于在无关项的相应取值下，函数值随意取成0或1都不影响函数原有的功能，因此可以充分利用这些无关项来化简逻辑函数，即采用卡诺图化简函数时， 可以利用 (或)来扩大卡诺圈。 【例 2-6】 化简上述交通停车逻辑函数。 解：根据表2-14交通停车逻辑函数的真值表画出该函数的卡诺图如图2-26所示。在K图上圈1得 BAF第2章 逻辑代数基础 图 2-26