第2章逻辑数及其化简12

第第2章章 逻辑代数及其化简逻辑代数及其化简（4.5课时）课时）12.1 计数制与编码计数制与编码2.2 逻辑代数基础逻辑代数基础2.3 逻辑函数常用的描述方法逻辑函数常用的描述方法2.4 逻辑函数的化简逻辑函数的化简2.5 具有无关项逻辑函数的化简具有无关项逻辑函数的化简2.6 用用Multisim 2001进行逻辑函数的化简与变换进行逻辑函数的化简与变换 2作业作业n作业作业 2-8 （用与非门）（用与非门）,2-11 （5）,2-12 （4） 2-13（4）,2-14 （2） (5) 32.1 计数制与编码计数制与编码 n任何数通常都可以用两种不同的方法来表示：一种任何数通常都可以用两种不同的方法来表示：一种是按其是按其“值值”表示，另一种是按表示，另一种是按“形形”表示。表示。n按按“值值”表示，即选定某种进位的计数制来表示某表示，即选定某种进位的计数制来表示某个数的值，这就是所谓的进位计数制，简称个数的值，这就是所谓的进位计数制，简称数制数制（Number System）。）。4(自学）自学）十进制、二进制、十六进制及其相互转换十进制、二进制、十六进制及其相互转换 2.1.1 常用计数制及其转换常用计数制及其转换5n按按“形形”表示，就是用代码来表示某些数的表示，就是用代码来表示某些数的“值值”。n按按“形形”表示一个数时，先要确定编码规则，然表示一个数时，先要确定编码规则，然后按此编码规则编出代码，并给代码赋以一定的后按此编码规则编出代码，并给代码赋以一定的含义，这就是所谓的含义，这就是所谓的编码编码。2.1 计数制与编码计数制与编码 62.1.2 编码编码 n计算机等数字系统所处理的信息多为数值、文字、计算机等数字系统所处理的信息多为数值、文字、符号、图形、声音和图像等，它们都可以用多位符号、图形、声音和图像等，它们都可以用多位二进制数来表示，这种多位二进制数叫做代码。二进制数来表示，这种多位二进制数叫做代码。n如果用一组代码并给每个代码赋以一定的含义则如果用一组代码并给每个代码赋以一定的含义则称称编码编码（Encode）。）。7n在数字电路中，常用在数字电路中，常用二二-十进制码十进制码，也叫做，也叫做BCD（Binary-Coded Decimal）码）码。n所谓二所谓二-十进制码，就是用十进制码，就是用4位二进制数组成的代码位二进制数组成的代码来表示来表示1位十进制数。位十进制数。n4位二进制数具有位二进制数具有16种组合，二种组合，二-十进制数的十进制数的10个数个数字符号只需选用其中的字符号只需选用其中的10种组合来表示常用的几种种组合来表示常用的几种二二-十进制编码十进制编码表表2-1所示。所示。2.1.2 编码编码 8表表2-1 常用的几种二常用的几种二-十制编码十制编码有权码有权码无权码无权码92.2 逻辑代数基础逻辑代数基础 n英国数学家乔治英国数学家乔治布尔（布尔（George Boole）于）于1847年年在他的著作中首先对在他的著作中首先对逻辑代数逻辑代数进行了系统的论述，进行了系统的论述，故逻辑代数始称为故逻辑代数始称为布尔代数布尔代数，因为逻辑代数用于，因为逻辑代数用于研究二值变量的运算规律，所以也称为研究二值变量的运算规律，所以也称为二值代数二值代数。 102.2.1逻辑代数的基本运算和复合运算逻辑代数的基本运算和复合运算 n逻辑代数的基本运算包括逻辑代数的基本运算包括与、或、非与、或、非三种运算。三种运算。n下面用三个指示灯的控制电路来分别说明三种基下面用三个指示灯的控制电路来分别说明三种基本逻辑运算的物理意义。本逻辑运算的物理意义。n设设开关开关A、B为逻辑变量，约定开关闭合为逻辑为逻辑变量，约定开关闭合为逻辑1、开关断开为逻辑开关断开为逻辑0；设；设灯灯为逻辑函数为逻辑函数F，约定灯亮，约定灯亮为逻辑为逻辑1，灯灭为逻辑，灯灭为逻辑0。 111. 与运算与运算 n逻辑与（也叫逻辑乘）定义如下：逻辑与（也叫逻辑乘）定义如下：“一个事件要发一个事件要发生需要多个条件，只有当所有的条件都具备之后，生需要多个条件，只有当所有的条件都具备之后，此事件才发生此事件才发生”。EABF？怎么表示与运算呢怎么表示与运算呢121)真值表真值表: 将逻辑变量所有可能取值的组合与其将逻辑变量所有可能取值的组合与其一一对应的逻辑函数值之间的关系以表格的形一一对应的逻辑函数值之间的关系以表格的形式表示出来，叫做式表示出来，叫做逻辑函数的真值表逻辑函数的真值表。与逻辑运算真值表与逻辑运算真值表ABF0011010100011. 与运算与运算 输入输入输出输出132)逻辑表达式：逻辑表达式：表示逻辑与运算的逻辑函数表达式表示逻辑与运算的逻辑函数表达式为为FAB，式中，式中“”为与运算符号，有时也可以为与运算符号，有时也可以省略。省略。 与运算的规则为：与运算的规则为： 000，010，100，11=1。 与运算可以推广到多个逻辑变量，即与运算可以推广到多个逻辑变量，即 FABC。1. 与运算与运算 143)逻辑符号（电路图）：逻辑符号（电路图）：在数字电路中，实现逻在数字电路中，实现逻辑与运算的单元电路叫辑与运算的单元电路叫与门与门，与门的逻辑符号与门的逻辑符号如图所示。如图所示。1. 与运算与运算 本教材采用的本教材采用的符号符号152. 或运算或运算 n在决定一事件发生的多个条件中，只要有一个在决定一事件发生的多个条件中，只要有一个条件满足，此事件就会发生。条件满足，此事件就会发生。A AE EB BF F ABY001101010111逻辑或运算的真值表逻辑或运算的真值表16n或运算或运算逻辑函数表达式逻辑函数表达式为为FAB，式中式中“”为或运算符号。为或运算符号。n或运算的规则为：或运算的规则为： 0+00，0+11，1+01，1+1=1。n逻辑或运算也可推广到多个逻辑变量，即逻辑或运算也可推广到多个逻辑变量，即 F=A+B+C+。2. 或运算或运算 172. 或运算或运算n实现逻辑或运算的单元电路叫实现逻辑或运算的单元电路叫或门或门，或门的逻，或门的逻辑符号如图所示。辑符号如图所示。183. 非运算非运算 n当条件不具备时，事件才会发生。当条件不具备时，事件才会发生。E EY YA AR R逻辑非运算的真值表逻辑非运算的真值表193. 非运算非运算n非运算的逻辑表达式为非运算的逻辑表达式为 ，式中，式中A上的上的“”为非运算符号，为非运算符号，EDA中表示为中表示为 。n非运算的规则为：非运算的规则为：n实现非运算的单元电路叫实现非运算的单元电路叫非门非门(或反相器）或反相器），非门，非门的逻辑符号如图所示。的逻辑符号如图所示。FA01,10FA204. 几种常用的逻辑运算几种常用的逻辑运算n由与、或、非三种基本逻辑运算可以组合成多种由与、或、非三种基本逻辑运算可以组合成多种常用的复合逻辑运算。常用的复合逻辑运算。 1)与非运算与非运算FABABF001101011110214. 几种常用的逻辑运算几种常用的逻辑运算2）或非运算）或非运算ABF001101011000224. 几种常用的逻辑运算几种常用的逻辑运算3）与或非运算）与或非运算234）异或逻辑运算）异或逻辑运算 对于两变量的异或运算，当输入相异时输对于两变量的异或运算，当输入相异时输出为出为1，输入相同时输出为，输入相同时输出为0。245）同或逻辑运算）同或逻辑运算 对于两变量的同或运算，当输入相同时输出对于两变量的同或运算，当输入相同时输出为为1，输入相异时输出为，输入相异时输出为0。252.2.2逻辑代数的基本公式和常用公式逻辑代数的基本公式和常用公式 n1. 基本公式基本公式 0101定律：定律：重叠律：重叠律：00,10, 11AAAAAA,A A AA A A 262.2.2逻辑代数的基本公式和常用公式逻辑代数的基本公式和常用公式0,1A AAA互补律：,ABBA ABBA交换律：,()()ABCABCAB CA BC结合律：（）（）()A BCABAC分配律：()()ABCAB AC272.2.2逻辑代数的基本公式和常用公式逻辑代数的基本公式和常用公式,ABA B ABAB反演律：AA还原律：同理可证明：同理可证明： ABCABCABCABC282.2.2逻辑代数的基本公式和常用公式逻辑代数的基本公式和常用公式292.常用公式常用公式 ()YABC ABDADAD例:ABAABAABA)1 (11. AABAYABBABABABAB例:BABAAABAA)(2. AABAB30:YABCDABCDA例ABBABAAB)(3. ABABA4. 1 AAAAA2.常用公式常用公式312.常用公式常用公式YACABBCACABBCACBC例:CAABBCAABCCAABBCAACAABBCCAAB)(5. ABACBCABAC DEFABACBCABAC推论：（）3201011()()AAAAAAAAABABABABABCABCA BCABAC *异或公式异或公式(补充补充)332.2.3 逻辑代数的基本规则逻辑代数的基本规则 n1. 代入规则代入规则 对任意逻辑等式，如果将式中的某一变量用其对任意逻辑等式，如果将式中的某一变量用其他变量或逻辑函数替换，则此等式仍然成立。他变量或逻辑函数替换，则此等式仍然成立。 例如例如,等式等式 ，若函数，若函数FBC去置换等去置换等式中地变量式中地变量B，则等式左边，而等式右边，显，则等式左边，而等式右边，显然，等式仍然成立。然，等式仍然成立。 ABAB34n2. 反演规则反演规则 对于一个逻辑函数式对于一个逻辑函数式F,F,若将其中所有的若将其中所有的则得到的结果就是则得到的结果就是F F的的反函数反函数。01,10,AAAA FF35注意：注意：优先顺序不能变，帽子以上不能变优先顺序不能变，帽子以上不能变。FD ADBC例 ()FDA DBC363. 对偶规则对偶规则()FA BCFABC对于一个逻辑函数式对于一个逻辑函数式F,F,若将其中的若将其中的则得到的结果就是则得到的结果就是F F的对偶式。的对偶式。若两逻辑式相等若两逻辑式相等, ,则它们的对偶式也相等。则它们的对偶式也相等。01,10, 37FF2.3 逻辑函数常用的描述方法及相互间的转换逻辑函数常用的描述方法及相互间的转换2.3.1 逻辑函数常用的描述方法逻辑函数常用的描述方法 逻辑函数常用的描述方法有逻辑函数常用的描述方法有 逻辑表达式、逻辑表达式、 真值表、真值表、 逻辑电路图、逻辑电路图、 波形图、波形图、 卡诺图卡诺图381.逻辑表达式逻辑表达式 由由逻辑变量和逻辑运算符号逻辑变量和逻辑运算符号组成，用于表示变量之组成，用于表示变量之间逻辑关系的式子，称为逻辑表达式。间逻辑关系的式子，称为逻辑表达式。 常用的逻辑表达式有常用的逻辑表达式有与或与或表达式、表达式、标准与或标准与或表达式、表达式、或与或与表达式、表达式、标准或与标准或与表达式、表达式、与非与非与非与非表达式、表达式、或非或非或非或非表达式、表达式、与或非与或非表达式等。表达式等。39n与或表达式：与或表达式：n标准与或表达式：标准与或表达式：n或与表达式：或与表达式： n标准或与表达式标准或与表达式:n与非与非表达式与非与非表达式:n或非或非表达式或非或非表达式: n与或非表达式：与或非表达式： FABACDFABCDABCDABCD()()FABACD()()()FABCD ABCD ABCDFABCDFABCDFABCD402.真值表真值表 用来反映变量所有取值组合及对应函数值的表格，用来反映变量所有取值组合及对应函数值的表格，称为真值表。称为真值表。 例如，例如，对于三变量的判断奇数的电路中，当对于三变量的判断奇数的电路中，当A、B、C三个变量中有奇数个三个变量中有奇数个1时，输出时，输出F为为1；否则，；否则，输出输出F为为0。41表表2-12 三变量判断奇数电路的真值表三变量判断奇数电路的真值表 A B C F 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1423.逻辑图逻辑图 n由由逻辑门电路符号逻辑门电路符号构成的，用来表示逻辑变量之间构成的，用来表示逻辑变量之间关系的图形称为逻辑电路图，简称逻辑图。关系的图形称为逻辑电路图，简称逻辑图。 434. 卡诺图卡诺图n将逻辑变量分成两组，分别在将逻辑变量分成两组，分别在横竖两个方向横竖两个方向排排列出各组变量的列出各组变量的所有取值组合所有取值组合，构成一个有个，构成一个有个方格的图形，其中，每一个方格对应变量的一方格的图形，其中，每一个方格对应变量的一个取值组合，这种图形叫做卡诺图。个取值组合，这种图形叫做卡诺图。 442.3.2不同描述方法之间的转换不同描述方法之间的转换 1.表达式表达式真值表真值表(1) 根据表达式确定函数的变量及变量数。根据表达式确定函数的变量及变量数。(2) 按自然二进制码的顺序列出变量的所有取值组合。按自然二进制码的顺序列出变量的所有取值组合。(3) 根据输入组合对应写出输出的取值。根据输入组合对应写出输出的取值。45例例2-1 列出逻辑函数列出逻辑函数 的真值表的真值表 n解：逐个将变量解：逐个将变量A、B、C的各个取值组合代入的各个取值组合代入逻辑函数中，求出相应的函数值。逻辑函数中，求出相应的函数值。nABC取取000时，时，F为为0；ABC取取001时，时，F为为1； ；ABC取取110时，时，F为为1；ABC取取111时，时，F为为0。n按按自然二进制码的顺序自然二进制码的顺序列出变量列出变量A、B、C的所的所有不同取值组合，再根据以上的分析结果，有不同取值组合，再根据以上的分析结果，FABBCCA46表表2-13 逻辑函数逻辑函数 的真值表的真值表 A B C F 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0FABBCCA47如果表达式不为与如果表达式不为与或式一般需要将其或式一般需要将其转换为与或式。转换为与或式。FACBADABCDFACABDABCDFA B C0 0 0 00 1 0 01 0 0 01 1 0 00 0 1 00 1 1 11 0 1 11 1 1 1 找出输出找出输出 “1”的组合的组合 用用“与与”写出使输出为写出使输出为1的组的组合。合。 将所有已写出的组合进行将所有已写出的组合进行“或或” 真值表真值表FABCABCABC2.真值表真值表表达式表达式 483. 表达式表达式逻辑图逻辑图()()FABA BC CD492.3.3逻辑函数的建立及其描述方法逻辑函数的建立及其描述方法 n为了解决某个实际问题，必须研究其因变量及其相为了解决某个实际问题，必须研究其因变量及其相互之间的逻辑关系，从而得出相应的逻辑函数。互之间的逻辑关系，从而得出相应的逻辑函数。(1) 一般来说，首先应根据提出的实际逻辑命题，确一般来说，首先应根据提出的实际逻辑命题，确定输入逻辑变量、输出逻辑变量。定输入逻辑变量、输出逻辑变量。(2) 研究它们之间的因果关系，列出其真值表。研究它们之间的因果关系，列出其真值表。(3) 再根据真值表写逻辑函数表达式。再根据真值表写逻辑函数表达式。(4) 根据表达式画出电路图。根据表达式画出电路图。50n例例2-13：有一水塔，用一大一小的两台电动机：有一水塔，用一大一小的两台电动机MS和和ML分别驱动两个水泵向水塔注水，当水塔的水位降分别驱动两个水泵向水塔注水，当水塔的水位降到到C点时，小电动机点时，小电动机MS单独驱动小水泵注水，当水单独驱动小水泵注水，当水位降到位降到B点时，大电动机点时，大电动机ML单独驱动大水泵注水，单独驱动大水泵注水，当水位降到当水位降到A点时由两台电动机同时驱动水泵注水。点时由两台电动机同时驱动水泵注水。试设计一个控制电动机工作的逻辑电路。试设计一个控制电动机工作的逻辑电路。51 解解 1）设水位）设水位C、B、A为输入变量，当水位降到为输入变量，当水位降到C、B、A的某点时，取值为逻辑的某点时，取值为逻辑“1”，否则取值为逻，否则取值为逻辑辑“0”；电动机；电动机MS和和ML为输出变量，工作时取值为输出变量，工作时取值为为 “1”，不工作时为，不工作时为 “0”。 2) 分析逻辑变量之间的因果关系，列出此逻辑函分析逻辑变量之间的因果关系，列出此逻辑函数的真值表。数的真值表。52n3）根据真值表可写出逻辑函数表达式。）根据真值表可写出逻辑函数表达式。 ()SMABCABCABAB CLMABCABCBC534) 根据逻辑函数表达式画出逻辑电路图。根据逻辑函数表达式画出逻辑电路图。()SMABCABCABAB CLMABCABCBC54从此例可以看出，从此例可以看出，逻辑函数的几种表逻辑函数的几种表示方法彼此是等价。示方法彼此是等价。2.4 逻辑函数的化简逻辑函数的化简2.4.1逻辑函数的最简形式逻辑函数的最简形式 n同一逻辑函数可以采用不同的逻辑电路图来实现，同一逻辑函数可以采用不同的逻辑电路图来实现，而这些逻辑电路图所采用的器件的种类或数量可能而这些逻辑电路图所采用的器件的种类或数量可能会有所不同，因此化简逻辑函数可以简化电路、节会有所不同，因此化简逻辑函数可以简化电路、节省器材、降低成本、提高系统的可靠性。因此，化省器材、降低成本、提高系统的可靠性。因此，化简逻辑函数对工程设计来说具有重要意义简逻辑函数对工程设计来说具有重要意义 。n逻辑函数的最简表达式有很多种，常用的有逻辑函数的最简表达式有很多种，常用的有最简与最简与或式或式和最简或与式和最简或与式。55n与或式与或式F1=AB+BC 与或式的最简标准是：与或式的最简标准是：含的与项个数最少；含的与项个数最少；各与项中含的变量个数最少。各与项中含的变量个数最少。n或与式或与式F2=(A+B)(B+C) 或与式的最简标准是：或与式的最简标准是：含的或项个数最少；含的或项个数最少；各或项中含的变量个数最少。各或项中含的变量个数最少。n常用的化简方法有常用的化简方法有公式法和卡诺图法公式法和卡诺图法两种。两种。562.4.2逻辑函数的公式化简逻辑函数的公式化简 n 公式化简法就是运用逻辑代数的基本公式和常用公公式化简法就是运用逻辑代数的基本公式和常用公式，得到最简形式。式，得到最简形式。571. 并项法并项法n利用结合律利用结合律 ，将两个与项合并为一，将两个与项合并为一个，消去其中的一个变量。个，消去其中的一个变量。n例如例如 ABABA1()FABCABCBC AABC2()()FABAB CABAB C()()ABAB CABAB CC582.吸收法吸收法 n 利用吸收律利用吸收律A+AB=A，吸收多余的与项。，吸收多余的与项。n例如：例如： 1()1()FACABCD EFACBD EFAC2FAABCBACDBC()()()ABCABC BACDABC593.消因子法消因子法 n 利用利用 吸收律消去某些与项中的变量。吸收律消去某些与项中的变量。 例如例如 ：1FABABCBABCAABAB2()FABACBCABAB CABABCABC604.消项法消项法 n利用吸收律利用吸收律 ，将某些与，将某些与项消去。项消去。 例如：例如： ABACBCABAC1FACABBCACABBCACBC2FABCDABECDEABCDABEABCDAEBE615.配项法配项法 n利用利用 等等基本公式给某些逻辑函数配上适当的项，进而可基本公式给某些逻辑函数配上适当的项，进而可消去原函数中的某些项或变量。消去原函数中的某些项或变量。n例如例如1,11AAAAA A AAA1FABABABABABABAB()()AA BBB ABA2()FAABA BBABABABABAB62n实际上，在化简一个较复杂的逻辑函数时，总是实际上，在化简一个较复杂的逻辑函数时，总是根据逻辑函数的不同构成，综合应用上述几种方根据逻辑函数的不同构成，综合应用上述几种方法。法。n例如例如FABCACABCABBCABABCABABABACBCABCABABCABCABACBCABC63FACBCBDCDA BCABCDABDE（）ABCBDCDABCBD例题例题64不同形式表达式之间的变换不同形式表达式之间的变换:n利用基本公式对逻辑函数作形式上的变换，以便选利用基本公式对逻辑函数作形式上的变换，以便选用适合的器件来实现其逻辑功能。如将与或式变换用适合的器件来实现其逻辑功能。如将与或式变换成与非与非表达式，以便用与非门来实现。成与非与非表达式，以便用与非门来实现。n例如例如ABABFABABABAB65不同形式表达式之间的变换不同形式表达式之间的变换:n将或与式变换成或非或非表达式，以便用或非门将或与式变换成或非或非表达式，以便用或非门来实现。来实现。n例如例如 ()()FAB AB()()ABAB()()AB AB662.4.3逻辑函数的卡诺图化简逻辑函数的卡诺图化简 n用公式法简化逻辑函数时，一方面，不仅要用公式法简化逻辑函数时，一方面，不仅要熟记逻辑熟记逻辑代数的基本公式，代数的基本公式，而且还需要有而且还需要有熟练的运算技巧熟练的运算技巧；另；另一方面，经过化简后的逻辑函数一方面，经过化简后的逻辑函数是否是最简是否是最简或最佳时或最佳时有时也难以确定。有时也难以确定。n卡诺图化简逻辑函数，简捷直观、灵活方便、且容易卡诺图化简逻辑函数，简捷直观、灵活方便、且容易确定是否已得到最简结果。但逻辑函数的变量数确定是否已得到最简结果。但逻辑函数的变量数6以以后，使用就不很方便了。后，使用就不很方便了。671. 标准与或表达式标准与或表达式 最小项最小项（1）定义）定义 标准与或表达式标准与或表达式是一种特殊的与或表达式，其中的是一种特殊的与或表达式，其中的每个与项都包含了所有相关的逻辑变量，每个变量每个与项都包含了所有相关的逻辑变量，每个变量以原变量或反变量出现一次且仅出现一次，这样的以原变量或反变量出现一次且仅出现一次，这样的与项称为标准与项，又称与项称为标准与项，又称最小项最小项。 如如 F=F(A, B)F=F(A, B)，共有最小项，共有最小项4 4项：项：,AB AB AB AB68CBACBAm m0 0m m1 10000000010010 01 1最小项最小项二进制代码二进制代码十进制数十进制数m mi iCBABCACBACBACABABC m m2 2m m3 3m m4 4m m5 5m m6 6m m7 7010010011011100100101101110110 1111112 23 34 45 56 67 7（2 2） 最小项编号最小项编号69（3）最小项的）最小项的 主要性质主要性质 n每个最小项都与变量的惟一的一个取值组合相对每个最小项都与变量的惟一的一个取值组合相对应，只有该取值组合使这个最小项取值为应，只有该取值组合使这个最小项取值为1，其，其余任何组合均使该最小项为余任何组合均使该最小项为0。n所有最小项相或，结果为所有最小项相或，结果为1。n任意两个不同的最小项相与，结果为任意两个不同的最小项相与，结果为0 70例例2-4写出函数写出函数 的标准与或表达式。的标准与或表达式。FABCABCFABCABC1AA()()()A BB CCAA BCABCABCABCABCABCABCABC124567( , ,)F A B Cmmmmmm( , ,)1,2,4,5,6,7F A B Cm71（4）标准或与表达式）标准或与表达式n标准或与表达式标准或与表达式是一种特殊的或与表达式，其中的每是一种特殊的或与表达式，其中的每个或项都包含了所有的逻辑变量，每个变量以原变量个或项都包含了所有的逻辑变量，每个变量以原变量或反变量出现一次且仅出现一次。这样的或项称为标或反变量出现一次且仅出现一次。这样的或项称为标准或项，又称准或项，又称最大项最大项。n例如：例如：A、B、C的最大项的最大项 对应的变量取值组对应的变量取值组合为合为010，其大小为，其大小为2，因而，记为，因而，记为M2。n如果一个或项缺少某变量，则或上该变量和其反变量如果一个或项缺少某变量，则或上该变量和其反变量的逻辑与，直至每一个或项都为最大项为止。的逻辑与，直至每一个或项都为最大项为止。 ()ABC722.卡诺图构成的原则卡诺图构成的原则n将逻辑变量分成两组，分别在将逻辑变量分成两组，分别在横竖两个方向横竖两个方向排列出排列出各组变量的所有取值组合，构成一个有各组变量的所有取值组合，构成一个有2n个方格的个方格的图形，其中，图形，其中，每一个方格对应变量的一个取值组合每一个方格对应变量的一个取值组合，这种图形叫做卡诺图。这种图形叫做卡诺图。1）每个小方格代表一个最小项，对于）每个小方格代表一个最小项，对于n变量来说，共变量来说，共有有2n个小方格。个小方格。2）几何上相邻的最小项，逻辑上具有相邻性几何上相邻的最小项，逻辑上具有相邻性。73AB0 1 0 10132AB AB AB AB二变量卡诺图二变量卡诺图最小项编号最小项编号ABC00 01 11 100 10 1 3 24 5 7 6ABCABC ABC ABCABC ABC ABC ABC三变量卡诺图三变量卡诺图2.卡诺图构成的原则卡诺图构成的原则740 1 3 24 5 7 612 13 15 148 9 11 10ABCD00 01 11 1000 01 11 10ABCD ABCD ABCD ABCDABCD ABCD ABCD ABCDABCD ABCD ABCD ABCDABCD ABCD ABCD ABCD四变量卡诺图四变量卡诺图重要特性：重要特性：几何相邻具有逻辑相邻几何相邻具有逻辑相邻75五变量卡诺图五变量卡诺图763.用卡诺图表示逻辑函数用卡诺图表示逻辑函数 n在卡诺图中，由行和列两组变量构成的每一个小方在卡诺图中，由行和列两组变量构成的每一个小方格，都代表了逻辑函数的一个最小项，变量取值为格，都代表了逻辑函数的一个最小项，变量取值为1的代表原变量，为的代表原变量，为0的代表反变量。的代表反变量。FABCDABCDABCDABCD11111）由变量数选定卡诺图）由变量数选定卡诺图2）所含最小项对应格填）所含最小项对应格填177n若逻辑函数为一般的与或表达式，无需先变换成最小若逻辑函数为一般的与或表达式，无需先变换成最小项表达式，可直接将其填写在卡诺图中。项表达式，可直接将其填写在卡诺图中。FABACDADBCD1 1 1 111 1 1 1784.用卡诺图化简逻辑函数用卡诺图化简逻辑函数 （1）相邻小方格的合并规则相邻小方格的合并规则卡诺图中，凡相邻的两个小方格（此称几何相邻）卡诺图中，凡相邻的两个小方格（此称几何相邻）都具有逻辑相邻性，也就是它们只有一个变量取都具有逻辑相邻性，也就是它们只有一个变量取值不同，其他变量取值相同。值不同，其他变量取值相同。逻辑相邻的最小项相或时，可利用公式逻辑相邻的最小项相或时，可利用公式 进行合并，合并时应注意以下规则：进行合并，合并时应注意以下规则：ABABA79 1）两个相邻小方格可以合并成一个乘积项，且）两个相邻小方格可以合并成一个乘积项，且消去一个变量。消去一个变量。ABC00 01 11 100 11 1 =BC(A+A) =BCY=ABC+ABC利用利用A+A=1A+A=1的关系的关系1 1ABAB802）4（22）个相邻的小方格可合并成一个乘积项，）个相邻的小方格可合并成一个乘积项，且消去两个变量。且消去两个变量。ABC00 01 11 100 1 1 1 1 1Y= ABC+ABC+ABC+ABC =AC(B+B)+AC(B+B)=AC+AC=CABC00 01 11 100 1 1 1 1 1Y=AY=ABC+ABC+ABC+ABC81ABCD00 01 11 1000 01 11 101111Y= BDABCD00 01 11 1000 01 11 10Y= C1 11 11 11 11 11 11 11 1（3 3）如果是八个相邻单元取值同为）如果是八个相邻单元取值同为1 1，则可以合并，则可以合并， 并消去三个变量。并消去三个变量。82ABCD00 01 11 1000 01 11 10Y=AABCD00 01 11 1000 01 11 101 1 1 11 1 1 1Y= D4 4）如果是）如果是2 2n n个相邻单元取值同为个相邻单元取值同为1 1，则可以合并，则可以合并， 并消去并消去n n个变量。个变量。83（2）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）用卡诺图表示逻辑函数。）用卡诺图表示逻辑函数。 将逻辑函数将逻辑函数F变换成与或式，凡在变换成与或式，凡在F中包含有的最小中包含有的最小项，在其卡诺图相应的小方格中填项，在其卡诺图相应的小方格中填1，其余的小方格，其余的小方格空着或填空着或填0。842）合并最小项）合并最小项将相邻的为将相邻的为1的小方格圈在一起，画图时要将的小方格圈在一起，画图时要将尽可能尽可能多多的小方格圈在一起，圈画得越大，消去的变量就的小方格圈在一起，圈画得越大，消去的变量就越多。越多。所画的圈内都必须所画的圈内都必须至少包含一个未被圈过的小项至少包含一个未被圈过的小项，否则所得的乘积项是冗余项。否则所得的乘积项是冗余项。85ABCD00 01 11 1000 01 11 101 11 1错误的圈法错误的圈法正确的圈法正确的圈法所画的圈所画的圈必须是矩形，必须是矩形，并且并且个数为个数为2n，一般是先画，一般是先画大圈，最后圈孤立的单个的小方格。大圈，最后圈孤立的单个的小方格。863）根据所画的圈写相应的乘积项，将各乘积项相或，）根据所画的圈写相应的乘积项，将各乘积项相或，便可得到化简后的逻辑函数便可得到化简后的逻辑函数F的与或表达式。的与或表达式。87例例 2-14 2-14 用卡诺图化简逻辑函数用卡诺图化简逻辑函数 ABFABCDABCDABCABDABCBCDABCD00 01 11 1000 01 11 101 1 1 1 11 1 11BCFABBCBDACDABCDBDACDABCD注意：注意：1.1.化简完成后要检查化简完成后要检查有无多余圈。有无多余圈。2.2.最简结果不唯一。最简结果不唯一。882.5 具有无关项逻辑函数的化简具有无关项逻辑函数的化简 n根据逻辑命题写出逻辑函数通常有两大类；一根据逻辑命题写出逻辑函数通常有两大类；一类逻辑函数的逻辑值是完全确定的，它不是逻类逻辑函数的逻辑值是完全确定的，它不是逻辑辑1就是逻辑就是逻辑0，这类逻辑函数的化简可按上述，这类逻辑函数的化简可按上述的方法进行；的方法进行；n另一类逻辑函数值对于某些最小项却是不完全另一类逻辑函数值对于某些最小项却是不完全确定的，这类逻辑函数又有以下两种情况：确定的，这类逻辑函数又有以下两种情况：891）任意项任意项: 输入变量的某些取值的组合根本不存在，输入变量的某些取值的组合根本不存在，或者某些取值的组合也确实存在，但它的存在对逻或者某些取值的组合也确实存在，但它的存在对逻辑函数的输出没有任何影响。如辑函数的输出没有任何影响。如BCD码中码中16中组合中组合中未使用的中未使用的6种组合。种组合。2）约束项约束项: 输入变量的某些取值的组合实际存在，但输入变量的某些取值的组合实际存在，但对逻辑函数来讲是不允许它出现的。如电机的正转、对逻辑函数来讲是不允许它出现的。如电机的正转、反转和停止的状态之间的关系。反转和停止的状态之间的关系。2.5 具有无关项逻辑函数的化简具有无关项逻辑函数的化简 90n通常将任意项和约束项统称为通常将任意项和约束项统称为无关项无关项。可采用以下。可采用以下方式进行表示。方式进行表示。2.5 具有无关项逻辑函数的化简具有无关项逻辑函数的化简 0ABCABCABCABCABC或者写成：00000ABCABCABCABCABC，1(0,1,3,5,8)(10,11,12,13,14,15)Fm=+邋912.5 具有无关项逻辑函数的化简具有无关项逻辑函数的化简n无关项在无关项在卡诺图卡诺图中用中用 或或X表示。表示。n对具有无关项的逻辑函数来讲，其对具有无关项的逻辑函数来讲，其无关项的取值无无关项的取值无论使逻辑函数为论使逻辑函数为1或为或为0，都不会影响原函数的逻辑，都不会影响原函数的逻辑功能，因而，将此类逻辑函数进行化简时，可以利功能，因而，将此类逻辑函数进行化简时，可以利用其无关项使逻辑函数得到进一步的化简。用其无关项使逻辑函数得到进一步的化简。 92 例例2-13 的水位控制真值表，如左表所示。除表中的的水位控制真值表，如左表所示。除表中的4种取值外，其他种取值外，其他4种情况均为无关项，完整的真值种情况均为无关项，完整的真值表如右表所示。表如右表所示。SMABCABCLMBC93SMABC=+LMB=SMABCABCLMBC942.6 用用Multisim 2001 进行逻辑函数的化简进行逻辑函数的化简与变换与变换(演示）演示） 通过通过Multisim 2001中的中的“逻辑转换器逻辑转换器”可可以完成逻辑函数的化简与变换。以完成逻辑函数的化简与变换。95例例2-15 已知逻辑函数已知逻辑函数F的真值表如下图所示，的真值表如下图所示，试用试用Multisim 2001求出求出F的逻辑函数式，并将其的逻辑函数式，并将其化简为最简与或形式。化简为最简与或形式。96n解：启动解：启动Multisim 2001以后，选择仪表工具栏中的以后，选择仪表工具栏中的“Logic Converter”（逻辑转换器），点击逻辑转（逻辑转换器），点击逻辑转换器图标换器图标“XLC1”，弹出下图所示的逻辑转换器操，弹出下图所示的逻辑转换器操作窗口作窗口“Logic converter XLC1”。97n点击上图点击上图“Conversions”选项中的第三个按钮，便可选项中的第三个按钮，便可得到最简与或式。得到最简与或式。n化简结果出现在操作窗口底部一栏中，如下图所示。化简结果出现在操作窗口底部一栏中，如下图所示。 Y(ABCD) =ABC+BD+BD+ACD 98n从上图可以看到，利用从上图可以看到，利用“Conversions”选项中的六选项中的六个按钮，可以在逻辑函数的个按钮，可以在逻辑函数的真值表真值表、最小项之和形最小项之和形式式的函数式、的函数式、最简与或式最简与或式以及以及逻辑图逻辑图之间任意进行之间任意进行转换。转换。99本章小结本章小结n本章首先介绍了计算机等数字设备中的本章首先介绍了计算机等数字设备中的常用数制与常用数制与代码代码。n重点介绍了重点介绍了逻辑代数的公式和定理逻辑代数的公式和定理、逻辑函数的表逻辑函数的表示方法及其相互转换示方法及其相互转换、逻辑函数的化简方法逻辑函数的化简方法。n采用采用Multisim2001化简逻辑函数化简逻辑函数。100