第三章组合逻辑电路的分析与设计优秀课件.ppt
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1、第三章 组合逻辑电路的分析与设计第1页,本讲稿共47页一、逻辑代数的基本公式一、逻辑代数的基本公式 3.1 逻辑代数逻辑代数吸收律吸收律反演律反演律分配律分配律结合律结合律交换律交换律重叠律重叠律互补律互补律公公 式式 101律律对合律对合律名名 称称 公公 式式 2基基 本本 公公 式式第2页,本讲稿共47页公式的证明方法:公式的证明方法:(2 2)用真值表证明,即检验等式两边函数的真值表是否一致。)用真值表证明,即检验等式两边函数的真值表是否一致。(1 1)用简单的公式证明略为复杂的公式。)用简单的公式证明略为复杂的公式。例例3.1.1 证明吸收律证明吸收律 证:证:A B0 00 11
2、01 1例例3.1.23.1.2 用真值表证明反演律用真值表证明反演律11101110第3页,本讲稿共47页二、逻辑代数的基本规则 对对偶偶规规则则的的基基本本内内容容是是:如如果果两两个个逻逻辑辑函函数数表表达达式式相相等等,那那么么它它们们的的对对偶偶式也一定相等。式也一定相等。基本公式中的公式基本公式中的公式l和公式和公式2就互为对偶就互为对偶 式。式。1.代入规则代入规则 对于任何一个逻辑等式,以某个逻辑变量或逻辑函数同时取代等式两端任何一对于任何一个逻辑等式,以某个逻辑变量或逻辑函数同时取代等式两端任何一个逻辑变量后,等式依然成立。个逻辑变量后,等式依然成立。例如,在反演律中用例如,
3、在反演律中用BC去代替等式中的去代替等式中的B,则新的等式仍成立:,则新的等式仍成立:2.对偶规则对偶规则 将一个逻辑函数将一个逻辑函数L进行下列变换:进行下列变换:,0 1,1 0所得新函数表达式叫做所得新函数表达式叫做L的的对偶式对偶式,用,用 表示。表示。吸收律吸收律反演律反演律分配律分配律结合律结合律交换律交换律重叠律重叠律互补律互补律公式公式101律律对合律对合律名称名称公式公式2第4页,本讲稿共47页3.反演规则反演规则 在应用反演规则求反函数时要注意以下两点:在应用反演规则求反函数时要注意以下两点:(1)保持运算的优先顺序不变,必要时加括号表明,如例)保持运算的优先顺序不变,必要
4、时加括号表明,如例3.1.3。(2)变换中,几个变量(一个以上)的公共非号保持不变。如例)变换中,几个变量(一个以上)的公共非号保持不变。如例3.1.4。利用反演规则,可以非常方便地求得一个函数的反函数利用反演规则,可以非常方便地求得一个函数的反函数 解:解:解:解:将一个逻辑函数将一个逻辑函数L进行下列变换:进行下列变换:,;0 1,1 0;原变量原变量 反变量,反变量,反变量反变量 原变量。原变量。所得新函数表达式叫做所得新函数表达式叫做L的的反函数反函数,用,用 表示。表示。例例3.1.3 求函数求函数 的反函数:的反函数:例例3.1.4 求函数求函数 的反函数:的反函数:第5页,本讲稿
5、共47页三、逻辑函数的代数化简法三、逻辑函数的代数化简法1 1逻辑函数式的常见形式逻辑函数式的常见形式一个逻辑函数的表达式不是唯一的,可以有多种形式,并一个逻辑函数的表达式不是唯一的,可以有多种形式,并且能互相转换。且能互相转换。例如:例如:与与或表达或表达式式或或与表达与表达式式与非与非与非表达式与非表达式或非或非或非表达式或非表达式与与或或非表达式非表达式其中,与其中,与或表达式是逻辑函数的最基本表达形式。或表达式是逻辑函数的最基本表达形式。第6页,本讲稿共47页2 2逻辑函数的最简逻辑函数的最简“与与或表达式或表达式”的标准的标准 3 3用代数法化简逻辑函数用代数法化简逻辑函数(1)并项
6、法:)并项法:运用公式运用公式 将两项合并为一项,消去一个变量。将两项合并为一项,消去一个变量。例:例:(1 1)与项最少,即表达式中)与项最少,即表达式中“+”号最少。号最少。(2 2)每个与项中的变量数最少,即表达式中)每个与项中的变量数最少,即表达式中“”号最少。号最少。第7页,本讲稿共47页(4)配项法:)配项法:(2)吸收法:)吸收法:(3)消去法:)消去法:运用吸收律运用吸收律 A+AB=A,消去多余的与项。,消去多余的与项。例:例:例:例:运用吸收律运用吸收律 消去多余因子。消去多余因子。先先通通过过乘乘以以 或或加加上上 ,增增加加必必要要的的乘乘积积项项,再用以上方法化简。再
7、用以上方法化简。例:例:第8页,本讲稿共47页 在化简逻辑函数时,要灵活运用上述方法,才能将逻辑在化简逻辑函数时,要灵活运用上述方法,才能将逻辑函数化为最简。函数化为最简。例例3.1.6 化简逻辑函数:化简逻辑函数:解:解:(利用(利用 )(利利用用A+AB=A)(利用(利用 )第9页,本讲稿共47页例例3.1.7 化简逻辑函数:化简逻辑函数:解:解:(利用反演律(利用反演律)(利用(利用 )(利用(利用A+AB=A)(配项法)(配项法)(利用(利用A+AB=A)(利用(利用 )第10页,本讲稿共47页由上例可知,有些逻辑函数的化简结果不是唯一的。由上例可知,有些逻辑函数的化简结果不是唯一的。
8、解法解法1:例例3.1.8 化简逻辑函数:化简逻辑函数:(增加多余项(增加多余项 )(消去一个多余项(消去一个多余项 )(再消去一个多余项(再消去一个多余项 )解法解法2:(增加多余项(增加多余项 )(消去一个多余项(消去一个多余项 )(再消去一个多余项(再消去一个多余项 )代数化简法的优点:不受变量数目的限制。代数化简法的优点:不受变量数目的限制。缺缺点点:没没有有固固定定的的步步骤骤可可循循;需需要要熟熟练练运运用用各各种种公公式式和和定定理;需要一定的技巧和经验;不易判定化简结果是否最简。理;需要一定的技巧和经验;不易判定化简结果是否最简。第11页,本讲稿共47页 3.2 逻辑函数的卡诺
9、图化简法逻辑函数的卡诺图化简法 一、一、最小项的定义与性质最小项的定义与性质 最小项最小项n个变量的逻辑函数中,包含全部变量的乘积项称为个变量的逻辑函数中,包含全部变量的乘积项称为最小项最小项。n变变量逻辑函数的全部最小项共有量逻辑函数的全部最小项共有2n个。个。A B C0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1变变 量量 取取 值值最最 小小 项项m0m1m2m3m4m5m6m7编编 号号 三变量函数的最小项三变量函数的最小项第12页,本讲稿共47页二、逻辑函数的最小项表达式二、逻辑函数的最小项表达式 解:解:=m7+m6+m3+m1 解:解:=m7+
10、m6+m3+m5=m(3,5,6,7)任何一个逻辑函数表达式都可以转换为一组最小项之和,任何一个逻辑函数表达式都可以转换为一组最小项之和,称为称为最小项表达式最小项表达式。例例1:将函数将函数 转换成最小项表达式。转换成最小项表达式。例例2:将函数将函数 转换成最小项表达式。转换成最小项表达式。第13页,本讲稿共47页三、卡诺图三、卡诺图 2.2.卡诺图卡诺图 一一个个小小方方格格代代表表一一个个最最小小项项,然然后后将将这这些些最最小小项项按按照照相相邻邻性性排排列列起起来来。即即用用小小方方格格几几何何位位置置上上的的相邻性来表示最小项逻辑上的相邻性。相邻性来表示最小项逻辑上的相邻性。1相
11、邻最小项相邻最小项 如果两个最小项中只有一个变量互为反变量,其余变量如果两个最小项中只有一个变量互为反变量,其余变量均相同,则称这两个最小项为逻辑相邻,简称均相同,则称这两个最小项为逻辑相邻,简称相邻项相邻项。如果两个相邻最小项出现在同一个逻辑函数中,可以合并如果两个相邻最小项出现在同一个逻辑函数中,可以合并为一项,同时消去互为反变量的那个量。为一项,同时消去互为反变量的那个量。如最小项如最小项ABC 和和 就是相邻最小项。就是相邻最小项。如:如:第14页,本讲稿共47页3卡诺图的结构卡诺图的结构(2)三变量卡诺图)三变量卡诺图(1)二变量卡诺图)二变量卡诺图 A Bm0m1m3m2 AB 0
12、0 01 11 10m0m1m3m2m4m5m7m6 A B Cm0m1m3m2m4m5m7m6 BC 00 01 11 10 A 01第15页,本讲稿共47页(3)四变量卡诺图)四变量卡诺图 卡卡诺诺图图具具有有很很强强的的相邻性:相邻性:(1)直直观观相相邻邻性性,只只要要小小方方格格在在几几何何位位置置上上相相邻邻(不不管管上上下下左左右右),它它代代表表的的最最小小项项在在逻逻辑辑上上一定是相邻的。一定是相邻的。(2)对对边边相相邻邻性性,即即与与中中心心轴轴对对称称的的左左右右两两边边和和上上下下两两边边的的小小方方格格也也具具有有相相邻性邻性。m0m1m3m2m4m5m7m6m12
13、m13m15m14m8m9m11m10 C DAB CD 00 01 11 10 AB 00 01 11 10第16页,本讲稿共47页 四、用卡诺图表示逻辑函数四、用卡诺图表示逻辑函数 1 1从真值表到卡诺图从真值表到卡诺图例例3.2.3 已知某逻辑函数的真值表,用卡诺图表示该逻辑函数。已知某逻辑函数的真值表,用卡诺图表示该逻辑函数。解解:该该函函数数为为三三变变量量,先先画画出出三三变变量量卡卡诺诺图图,然然后后根根据据真真值值表表将将8个个最最小小项项L的取值的取值0或者或者1填入卡诺图中对应的填入卡诺图中对应的8个小方格中即可。个小方格中即可。0 0 00 0 10 1 00 1 11
14、0 01 0 11 1 01 1 1A B C00010111L 真值表真值表ABC0000111110 A B C11110000第17页,本讲稿共47页2从逻辑表达式到卡诺图从逻辑表达式到卡诺图(2)如如不不是是最最小小项项表表达达式式,应应先先将将其其先先化化成成最最小小项项表表达达式式,再再填填入入卡卡诺诺图图。也也可可由由“与与或或”表表达达式式直直接填入。接填入。(1)如果表达式为最小项表达式,则可直接填入卡诺图。)如果表达式为最小项表达式,则可直接填入卡诺图。解:解:写成简化形式:写成简化形式:解:解:直接填入:直接填入:例例3.2.4 用卡诺图表示逻辑函数用卡诺图表示逻辑函数:
15、然后填入卡诺图:然后填入卡诺图:例例3.2.5 用卡诺图表示逻辑函数:用卡诺图表示逻辑函数:C D A B GF BC 00 01 11 10 A 01111100001111110000000000第18页,本讲稿共47页 五、逻辑函数的卡诺图化简法五、逻辑函数的卡诺图化简法 1卡诺图化简逻辑函数的原理卡诺图化简逻辑函数的原理:(1)2个相邻的最小项可以合并,消去个相邻的最小项可以合并,消去1个取值不同的变量。个取值不同的变量。(2)4个相邻的最小项可以合并,消去个相邻的最小项可以合并,消去2个取值不同的变量。个取值不同的变量。C A B D1111111 C A B D11111111第1
16、9页,本讲稿共47页(3)8个相邻的最小项可以合并,消去个相邻的最小项可以合并,消去3个取值不同的变量。个取值不同的变量。总总之之,2n个个相相邻邻的的最最小小项项可可以以合合并并,消消去去n个个取取值值不不同同的的变变量。量。C A B D111111111111第20页,本讲稿共47页2用卡诺图合并最小项的原则(画圈的原则)用卡诺图合并最小项的原则(画圈的原则)(1)尽量画大圈,但每个圈内只能含有)尽量画大圈,但每个圈内只能含有2n(n=0,1,2,3)个相邻项。要特别注意对边相邻性)个相邻项。要特别注意对边相邻性和四角相邻性。和四角相邻性。(2)圈的个数尽量少。)圈的个数尽量少。(3)卡
17、诺图中所有取值为)卡诺图中所有取值为1的方格均要被圈过,即不能漏下取值为的方格均要被圈过,即不能漏下取值为1的最小项。的最小项。(4)在新画的包围圈中至少要含有)在新画的包围圈中至少要含有1个末被圈过的个末被圈过的1方格,否则该包围圈是多余的。方格,否则该包围圈是多余的。3用卡诺图化简逻辑函数的步骤:用卡诺图化简逻辑函数的步骤:(1)画出逻辑函数的卡诺图。)画出逻辑函数的卡诺图。(2)合并相邻的最小项,即根据前述原则画圈。)合并相邻的最小项,即根据前述原则画圈。(3)写写出出化化简简后后的的表表达达式式。每每一一个个圈圈写写一一个个最最简简与与项项,规规则则是是,取取值值为为l的的变变量量用用
18、原原变变量量表表示示,取取值值为为0的的变量用反变量表示,将这些变量相与。然后将所有与项进行逻辑加,即得最简变量用反变量表示,将这些变量相与。然后将所有与项进行逻辑加,即得最简与与或表达式或表达式。第21页,本讲稿共47页例例3.2.6 化简逻辑函数:化简逻辑函数:L(A,B,C,D)=m(0,2,3,4,6,7,10,11,13,14,15)解:解:(1)由表达式画出卡诺图。)由表达式画出卡诺图。(2)画包围圈,)画包围圈,合并最小项,合并最小项,得简化的得简化的 与与或表达式或表达式:C A B D1111111111100000第22页,本讲稿共47页解解:(1)由表达式画出卡诺图。)由
19、表达式画出卡诺图。注意:图中的绿色圈注意:图中的绿色圈是多余的,应去掉是多余的,应去掉。例例3.2.7 用卡诺图化简逻辑函数:用卡诺图化简逻辑函数:(2)画包围圈合并最小项,)画包围圈合并最小项,得简化的与得简化的与或表达式或表达式:C A B D1111111100000000第23页,本讲稿共47页例例3.2.8 已知某逻辑函数的真值表,用卡诺图化简该函数。已知某逻辑函数的真值表,用卡诺图化简该函数。(2)画包围圈合并最小项。)画包围圈合并最小项。有两种画圈的方法:有两种画圈的方法:解:解:(1)由真值表画出卡诺图。)由真值表画出卡诺图。由此可见,由此可见,一个逻辑函数的真值表是唯一的,卡
20、诺图也是一个逻辑函数的真值表是唯一的,卡诺图也是唯一的,但化简结果有时不是唯一的。唯一的,但化简结果有时不是唯一的。(a):写出):写出表达式:表达式:(b):写出表达式:):写出表达式:0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C01111110 L 真值表真值表10110111 A B C L10110111 A B C L第24页,本讲稿共47页4卡诺图化简逻辑函数的另一种方法卡诺图化简逻辑函数的另一种方法圈圈0法法例例3.2.9 已知逻辑函数的卡诺图如图示,分别用已知逻辑函数的卡诺图如图示,分别用“圈圈1法法”和和“圈圈0法法”写出其最简写
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