第二章 逻辑代数基础0609.ppt
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1、第二章 逻辑代数基础主要内容主要内容 基本逻辑运算基本逻辑运算 逻辑代数的基本公式和规则逻辑代数的基本公式和规则 逻辑函数的化简逻辑函数的化简几个基本概念 逻辑:逻辑:逻辑学:逻辑学:逻辑代数:逻辑代数:逻辑状态:逻辑状态:逻辑变量:逻辑变量:逻辑函数:逻辑函数:逻辑电路:逻辑电路:指指事物的规律性和因果关系。事物的规律性和因果关系。研究思维的形式和规律的科学。研究思维的形式和规律的科学。逻辑学中的数学分支。在电子领域用二值变逻辑学中的数学分支。在电子领域用二值变量进行描述,称布尔代数,统称逻辑代数。量进行描述,称布尔代数,统称逻辑代数。完全对立、截然相反的二种状态,如:好坏、完全对立、截然相
2、反的二种状态,如:好坏、美丑、真假、有无、高低、开关等。美丑、真假、有无、高低、开关等。代表逻辑状态的符号,取值代表逻辑状态的符号,取值 0 和和 1。输出是输入条件的函数。输出是输入条件的函数。电路的输入和输出具有一定的逻辑关系。电路的输入和输出具有一定的逻辑关系。1 1 基本逻辑运算基本逻辑运算一、一、“与与”运算(逻辑乘)运算(逻辑乘)定义:定义:决定一个事情发生的多个条件都具备,事情决定一个事情发生的多个条件都具备,事情就发生,这种逻辑关系叫就发生,这种逻辑关系叫“与与”逻辑。逻辑。打开有两把锁的自行车。打开有两把锁的自行车。打开有两个串联开关的灯。打开有两个串联开关的灯。例1:例2:
3、例3:楼道里自动感应灯。楼道里自动感应灯。打开有两个串联开关的灯。设开关为打开有两个串联开关的灯。设开关为A、B,合上为合上为1,断开断开 为为0;灯为;灯为F,灯亮为灯亮为1,灭为,灭为0 真值表真值表全部输入条件的全部输入条件的所有组合所有组合与输出的关系与输出的关系。A B F0 0 00 1 01 0 01 1 1真值表真值表例:+uABF由“与”运算的真值表可知“与”运算法则为:0 0=0 1 0=00 1=0 1 1=1有有0出出0全全1为为1 表达式表达式逻辑代数中逻辑代数中“与与”逻辑关系用逻辑关系用“与与”运运算描述。算描述。“与与”运算又称逻辑乘,其运算符运算又称逻辑乘,其
4、运算符为为“”或或“”。两变量的。两变量的“与与”运算可表运算可表示为:示为:FA B 或者或者 F=A B 简写为:简写为:FAB 读作:读作:F等于等于A与与B二、二、“或或”运算(逻辑加运算(逻辑加)定义:定义:决定一个事情发生的多个条件中,有决定一个事情发生的多个条件中,有一个或一个或一个或一个或以上以上以上以上的条件具备,事情就发生,这种逻辑关的条件具备,事情就发生,这种逻辑关系叫系叫“或或”逻辑。逻辑。打开有两个并联开关的灯。打开有两个并联开关的灯。例:A+uBF 真值表真值表打开有两个并联开关的灯。设开关为打开有两个并联开关的灯。设开关为A、B,合上为合上为1,断开断开 为为0;
5、灯为;灯为F,灯亮为灯亮为1,灭为,灭为0A B F0 0 00 1 11 0 11 1 1真值表真值表例:由“或”运算的真值表可知“或”运算法则为:00=0 10=101=1 11=1有有1出出1全全0为为0 表达式表达式逻辑代数中逻辑代数中“或或”逻辑关系用逻辑关系用“或或”运算运算描述。描述。“或或”运算又称逻辑加,其运算符为运算又称逻辑加,其运算符为“”或或“”。两变量的。两变量的“或或”运算可表示为:运算可表示为:FAB 或者 F=A B 读作:F 等于 A 或 B三、三、“非非”运算(逻辑非)运算(逻辑非)定义:定义:某一事情的发生,取决于对另一事情的否定,某一事情的发生,取决于对
6、另一事情的否定,这种逻辑关系叫这种逻辑关系叫“非非”逻辑。逻辑。如下电路中灯的亮灭。如下电路中灯的亮灭。例:+uKF 真值表真值表打开上例电路中的灯。设开关为打开上例电路中的灯。设开关为k,合上为合上为1,断开为,断开为0;灯为;灯为F,灯亮为灯亮为1,灭为,灭为0真值表真值表例:由“非”运算的真值表可知“非”运算法则为:K F0 11 0 0 1 =10=表达式表达式“非”逻辑用“非”运算描述。“非”运算又称求反运算,运算符为“”或“”,“非”运算可表示为:F=A 或F=A读作 “F等于A非”,意思是若A0,则F为1;反之,若A=1,则F为0。2 2 逻辑代数的基本公式和规则逻辑代数的基本公
7、式和规则一、基本公式 基本运算 与 或0 0 0 0000 1 0 0111 0 0 1011 1 1 1111=0 0=1非数值与数值数值与数值的关系的关系 基本运算(续)基本运算(续)0 A 0 0AA 1 A A 1A1 变量与数值的关系变量与数值的关系01律AAA A A AAA A A 0 AA1 变量与变变量与变量的关系量的关系与普通代数相类似的公式与普通代数相类似的公式A(B C)ABAC,ABC(AB)(AC)交换律结合律分配律 AB BA A(B C)(AB)C重叠律对合律、非非律逻辑代数的特有公式吸收律吸收律:AA BA A(A+B)A吸收律吸收律:AA BA+B A(A+
8、B)A B 摩根定理摩根定理:ABA B A B AB 包含律包含律:AB+AC+BCAB+AC (A+B)(A+C)(B+C)=(A+B)(A+C)尾部变换尾部变换:A B A A B 两种常用的运算 异或异或:A BA B A B 同或同或:A BA B A B变量相异为1,反之为0变量相同为1,反之为0 A 0A A 1A A0A A1 A A BA B ABA BAB=ACB=C?A+B=A+CB=C?请注意与普通代数的区别!请注意与普通代数的区别!证明方法 真值表法:检查等式两边函数的真值表法:检查等式两边函数的 真值表是否相等。真值表是否相等。代数法:应用已证明的公式、定理来推导。
9、代数法:应用已证明的公式、定理来推导。例1 证明证明 摩根定理摩根定理:ABA B A B AB 证:证:用真值表法证明。用真值表法证明。同理可证同理可证 AB A B 例2:证明证明 A BA B ABA B 1 +0 1 0 +0 011 0 +0 0 0 +1 101 0 +0 0 1 +0 110 0 +1 1 0 +0 000 A BA BA BA B AB A BBA证:证:用真值表法证明。用真值表法证明。证毕证毕证明证明:推广之推广之:CAABBCCAABBCD(G+E)BCCAABBCD(G+E)CAAB+=+=+=+1吸收吸收吸收吸收例3:证明包含律CAABBCAABCCAA
10、B+=+=二、基本规则二、基本规则 反演规则反演规则F(A+B)(C+D)例例1:已知FABCD,根据反演规则可得到:如果将逻辑函数如果将逻辑函数F中所有的中所有的“”变成变成“+”;“+”变成变成“”;“0”变成变成“1”;“1”变变成成“0”;原变量变成反变量;反变量变成原变量;原变量变成反变量;反变量变成原变量;所得到的新函数是原函数的反函数所得到的新函数是原函数的反函数 。即:“”,“+”,“0”,“1”,“原变量”,“反变量”“+”,“”,“1”,“0”,“反变量”,“原变量”使用反演规则时,应注意保持原函式中运算符号的优先顺序不变。例例2:已知例例3:已知长非号不变长非号不变与变或
11、时要与变或时要加括号加括号 对偶规则对偶规则如果将逻辑函数如果将逻辑函数F中所有的中所有的“”变成变成“+”;“+”变成变成“”;“0”变成变成“1”;“1”变成变成“0”;则所得到的新逻辑函数是则所得到的新逻辑函数是F的对偶式的对偶式F。如果如果F是是F的对偶式,则的对偶式,则F也是也是F 的对偶式,即的对偶式,即F与与F互为对偶式。互为对偶式。即:“”,“+”,“0”,“1”,“变量”“+”,“”,“1”,“0”,不变例:求某一函数求某一函数F的对偶式时,同样要注意保持原函数的运算顺序不变。的对偶式时,同样要注意保持原函数的运算顺序不变。推理:若两个逻辑函数推理:若两个逻辑函数F的的G相等
12、,则其对偶式相等,则其对偶式F 和和G 也相等。也相等。例:证明包含律:(A+B)(A+C)(B+C)=(A+B)(A+C)证:已知 AB A CBC=ABAC等式两边求对偶:(A+B)(A+C)(B+C)=(A+B)(A+C)证毕例:如则f(A1,A2,An)f(A1,A2,An)1任何一个含有变量A的逻辑等式,如果将所有出现A的位置都代之以同一个逻辑函数F,则等式仍然成立。例如例如:给定逻辑等式A(B+C)=AB+AC,若用A+BC代替A,则该等式仍然成立,即:(A+BC)(B+C)=(A+BC)B+(A+BC)C 由式 (A+A=1),故同样有等式:代入规则代入规则3 3 逻辑函数的化简
13、逻辑函数的化简一、一、逻辑函数的表达形式逻辑函数的表达形式 函数表达式:函数表达式:真值表:真值表:卡诺图:卡诺图:例例:函数 F=AB+AC A B C F0 0 000 0 110 1 000 1 111 0 011 0 111 1 001 1 10卡诺图是一种用图形描述逻辑函数的方法。0 1 0 1 0 0 1 10 100011110CAB二、函数表达式函数表达式 基本表达形式基本表达形式 按逻辑函数表达式中乘积项的特点以及各乘积按逻辑函数表达式中乘积项的特点以及各乘积项之间的关系,可分项之间的关系,可分5种一般形式。种一般形式。例:与或式与或式与非与非式与非与非式与或非式与或非式或与
14、式或与式或非或非式或非或非式 最小项表达式最小项表达式 最小项及最小项表达式最小项及最小项表达式最小项及最小项表达式最小项及最小项表达式如果一个具有n个变量的函数的“积”项包含全部n个变量,每个变量都以原变量或反变量形式出现,且仅出现一次,则这个“积”项被称为最最小项小项,也叫标准积标准积。假如一个函数完全由最小项的和组成,那么该函数表达式称为最小项表达式最小项表达式。变量的各组取值A B C000001010011100101110111对应的最小项及其编号最小项编 号例:三变量函数的最小项:编号规则编号规则:原变量取原变量取1,反变量取反变量取0。即n个变量的所有最小项之和恒等于1。所以=
15、m2+m3+m6+m7注意:变量的顺序.=m(2,3,6,7)2)当时,。最小项的性质:1)只有一组取值使 mi1。3)全部最小项之和等于1,即mi1。最小项的性质(续)5)当函数以最小项之和形式表示时,可很容易列出函数及反函数的真值表(在真值表中,函数所包含的最小项填“1”)。4)n变量的最小项有n个相邻项。一对相邻项之和可以消去一个变量。相邻项:只有一个变量不同(以相反的形式出现)。最小项表达式的求法最小项表达式的求法一般表达式一般表达式:除非号除非号去括号去括号补因子补因子真值表真值表除非除非号号去去括号括号补补因子因子方法方法用用真值表求真值表求最小项表达式最小项表达式例例:函数 F=
16、AB+AC A B C F0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11111其其余余补补00000由一般表达式直接写出由一般表达式直接写出最小项表达式最小项表达式例例:函数 F=AB+AC 所以所以:F=m(1,3,4,5)最大项表达式最大项表达式 最大项及最大项表达式最大项及最大项表达式最大项及最大项表达式最大项及最大项表达式如果一个具有n个变量的函数的“和”项包含全部n个变量,每个变量都以原变量或反变量形式出现,且仅出现一次,则这个“和”项被称为最最大项大项,也叫标准和标准和。假如一个函数完全由最大项的积组成,那么该函数表达式称为最大项表达式最大项表达
17、式。变量的各组取值A B C000001010011100101110111对应的最大项及其编号最大项编 号例:三变量函数的最大项:编号规则编号规则:原变量取原变量取0,反变量取反变量取1。所以与最小项类似,有注意:变量顺序.例如:例如:最大项表达式:F 最大项的性质:1)只有一组取值使 Mi0。3)全部最大项之积等于0,即Mi0。2)当时,。最大项的性质(续)4)n变量的最大项有n个相邻项。一对相邻项之积可以消去一个变量。5)当函数以最大项之积形式表示时,可很容易列出函数及反函数的真值表(在真值表中,函数所包含的最大项填“0”)。两种标准形式的转换两种标准形式的转换 以最小项之以最小项之和和
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