第1章 逻辑函数及其化简方法(3)20121123
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逻辑函数的代数(公式)化简法代数化简法的实质就是反复使用逻辑代数的基本公式和常用公式消去多余的乘积项和每个乘积项中多余的因子,以求得函数式的最简与或式。
因此化简时,没有固定的步骤可循。
现将经常使用的方法归纳如下:①吸收法:根据公式A+AB=A 可将AB 项消去,A 和B 同样也可以是任何一个复杂的逻辑式。
()F A A BC A BC D BC =+⋅⋅+++例:化简()()()()()()F A A BC A BC D BCA A BC A BC D BCA BC A BC A BC D A BC=+⋅⋅+++=+++++=+++++=+解:现将经常使用的方法归纳如下:②消因子法:利用公式A+AB=A +B 可将AB 中的因子A 消去。
A 、B 均可是任何复杂的逻辑式。
1F A AB BEA B BE A B E=++=++=++例:2()F AB AB ABCD ABCDAB AB AB AB CDAB AB AB ABCDAB AB CD=+++=+++=+++=++现将经常使用的方法归纳如下:③合并项法(1):运用公式A B +AB=A 可以把两项合并为一项,并消去B 和B 这两个因子。
根据代入规则,A 和B 可以是任何复杂的逻辑式。
例:化简F BCD BCD BCD BCD=+++()()()()F BCD BCD BCD BCDBCD BCD BCD BCD BC D D BC D D BC BC B=+++=+++=+++=+=现将经常使用的方法归纳如下:③合并项法(2):利用公式A+A=1可以把两项合并为一项,并消去一个变量。
例:1()1F ABC ABC BCA A BC BCBC BC =++=++=+=现将经常使用的方法归纳如下:③合并项法(2):利用公式A+A=1可以把两项合并为一项,并消去一个变量。
例:2()()()()F A BC BC A BC BC ABC ABC ABC ABCAB C C AB C C AB AB A=+++=+++=+++=+=现将经常使用的方法归纳如下:例:1()()()()()(1)(1)()F AB AB BC BCAB AB C C BC A A BCAB ABC ABC BC ABC ABCAB ABC BC ABC ABC ABC AB C BC A AC B B AB BC AC=+++=+++++=+++++=+++++=+++++=++④配项法:将式中的某一项乘以A+A 或加A A ,然后拆成两项分别与其它项合并,进行化简。
1.1 关于等式的三个规则一、代入规则例1-1】已知(用函数A + C 代替A )B A B A ⋅=+则BC A B C A B C A ⋅⋅=⋅+=++)(第1章逻辑函数及其化简方法等式中某一变量都代之以一个逻辑函数,则等式仍然成立。
Y 式中:“•”换成“+”,“+”换成“•”“0”换成“1”,“1”换成“0”原变量换成反变量,反变量换成原变量二、反演规则不属于单个变量上的反号应保留不变运算顺序:括号乘加注意:Y【例1-2】已知,求逻辑函数的反函数。
)(1CDCBAY++=)()(1DCCBAY++=CDCBAY⋅⋅⋅+=)(2则例1-3】已知,求逻辑函数的反函数。
则运算顺序:括号与或不属于单个变量上的反号应保留不变CDCBAY+++=2三、对偶规则如果两个表达式相等,则它们的对偶式也一定相等。
Y 中“•”换成“+”,“+”换成“•”“0” 换成“1”,“1”换成“0”对偶规则的应用:证明等式成立0 · 0 = 0 1 + 1 = 1=⋅AA AA1=+)(对偶式Y')()(1DCBCAY++='CDCBAY⋅⋅+=')(2运算顺序:括号与或【例1-4】已知,写出对偶式)(1CDCBAY++=例1-5】已知,写出对偶式CDCBAY+++=21.2 若干常用公式B A AB + (1)AB A + (2)B A A + (3)C A AB BC C A AB +=++ (4)ABB A B A B A +=+ (5)C A AB + (6)AA A =+) ()(B B A +=)1(B A +=))((B A A A ++=))((C A B A ++=A=A =B A +=CA B A +=推广BCAACAAB)(+++=左BCAABCCAAB+++=CAAB+=CAABBCDCAAB+=++推论AABA=+【例1-6】证明公式(4)CAABBCCAAB+=++BABA⋅=左)()(BABA++=BBABBAAA⋅+++⋅=ABBA+=BA⊕= A⊙B结论【例1-7】证明公式(5)ABBABABA+=+1.3 关于异或运算的一些公式异或同或BA B A B A +=⊕BA AB +=A ⊙B (1) 交换律AB B A ⊕=⊕(2) 结合律)()( C B A C B A ⊕⊕=⊕⊕(3) 分配律)(AC AB C B A ⊕=⊕⋅B A ⊕= A ⊙B BA ⊕= A ⊙B(4) 常量和变量的异或运算A A =⊕1A A =⊕00=⊕A A 1=⊕A A (5) 因果互换律如果C B A =⊕B C A =⊕则有AC B =⊕一、标准与或表达式)( A ,B ,C F Y =CB A BC A C AB ABC +++=CA AB +=)()(B B C A C C AB +++=标准与或式最小项1.4 逻辑函数的标准与或式和最简式标准与或式就是最小项之和的形式111111110 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C CBA CBA CBA BCA CBA CBA CAB ABC二、最小项的性质(1)任一最小项,只有一组对应变量取值使其值为1;1=CBA1=CBAA B C0 0 1A B C1 0 1(2)任意两个最小项的乘积为0;(3)全体最小项之和为1。
对应规律:1 ⇔原变量0 ⇔反变量(4)最小项是组成逻辑函数的基本单元任何逻辑函数都是由其变量的若干个最小项构成,都可以表示成为最小项之和的形式。
BCACBAABCCAB+++=3176mmmm+++=()∑=m7,6,3,1)()(BBCACCABY+++=【例1-8】写出函数的标准与或式。
还可写成Ym6m7m1m3CAABA ,B ,CFY+==)(例1-9】写出的标准与或式。
C B AD AB Y ++= )( )( )(C B D A B A +++=)( )(C B D B A ++=DC B C A B A ++=)()()(A A D C B B B C A C C B A +++++=DC B AD C B A C B A C B A BC A ++++=DC B AD C B A D C B A D C B A D C B A D C B A D BC A BCD A +++++++=8014567m m m m m m m ++++++=∑=)8 , 7 , 6 , 5 , 4 , 1 , 0 (m m 0相重C B AD AB Y ++=最简或与式最简与或非式最简与或式C A AB ⋅最简与非-与非式最简或与非式CB C A B A ++)()(C A B A ++CA B A +++最简或非-或非式CA AB +CA B A +++最简或非-或式))((C A B A ++核心核心三、逻辑函数的最简表达式及相互转换1.并项法:ABAAB=+BACABABCY++=BAAB+=B=例1-10】化简逻辑函数(与或式最简与或式)公式定理BACABABCY++=CBACABCBAABCY+++=)()(CBCBACBBCA +++=A=)(CBACBA⊕+⊕⋅=【例1-11】化简逻辑函数组合方法不惟一CBACABCBAABCY+++=2.吸收法:AABA=+EBDAABY++=EBDABA+++=BA+=CDBCDAABY++=CDBAAB)(++=CDABAB+=AB=BA+=例1-12】化简逻辑函数例1-13】化简逻辑函数EBDAABY++=CDBCDAABY++=BCDCBABCAAY+++⋅+=)()()()(DCBABCABCA+++++=BCA+=例1-14】化简逻辑函数BCDCBABCAAY+++⋅+=)(3.消去法:BABAA+=+CBCAABY++=CBAAB)(++= CABAB+=CAB+=例1-15】化简逻辑函数CBCAABY++=ABCCBABABAY+++=)()(BCBACBBA+++=)()(CBACBA+++=ACCABABA+++=CBABA++=例1-16】化简逻辑函数ABCCBABABAY+++=4.配项消项法:CAABBCCAAB+=++AB+ABCACB++=Y BCCACACB+++=BCCABA++=BA+BCCACACBY+++=冗余项结果不惟一例1-17】化简逻辑函数BCCACACBY+++=另解:冗余项BCCABACBACBAY+++++=CBACBA++=BCCABA++=BCCABACBACBA+++++=结果不惟一【例1-18】化简逻辑函数BCCABACBACBAY+++++=另解:一、逻辑变量的卡诺图(Karnaugh maps)卡诺图:最小项方格图(按循环码排列)1.二变量的卡诺图(四个最小项)AB A AB BBA BABA ABmAB1011m2m3mAB1011.5 逻辑函数的图形化简法2.三变量的卡诺图(八个最小项)ABC100011110卡诺图的实质:逻辑相邻几何相邻逻辑相邻逻辑相邻①紧挨着②行或列的两头③对折起来位置重合逻辑相邻:两个最小项只有一个变量不同逻辑相邻的两个最小项可以合并成一项,并消去一个因子。
如:CABCACBA=+m0m1m2m3m4m5m6m73.四变量的卡诺图(十六个最小项)ABCD0001111000011110m0m1m2m3m4m5m6m7m12m13m14m15m8m9m10m114.五变量的卡诺图(三十二个最小项)注:当变量个数超过六个以上时,无法使用图形法进行化简。
ABCDE00011110000001011010110111101100以此轴为对称轴(对折后位置重合)m0m1m2m3m8m9m10m11m24m25m26m27m16m17m18m19m6m7m4m5m14m15m12m13m30m31m28m29m22m23m20m21二、卡诺图中最小项合并规律1. 两个相邻最小项合并,可以消去一个因子ABC1000111101111ABCD000111100001111011112. 四个相邻最小项合并,可以消去两个因子ABCD00011110000111101111DC1111CBABCD000111100001111011111111DB3. 八个相邻最小项合并,可以消去三个因子ABCD00011110000111101111C1111BABCD000111100001111011111111D11111111总结:2n 个相邻最小项合并,可以消去n 个因子。
三、逻辑函数的卡诺图表示法1. 根据变量个数画出相应的卡诺图;2. 将函数化为最小项之和的形式;3. 在卡诺图上与这些最小项对应的位置上填入1 ,其余位置填0 或不填。
)( CB ,A ,FY=ACBCAB++=CBABCACABABC+++=ABC1000111101111000例1-19】逻辑函数的卡诺图)( CB ,A ,FY=ACBCAB++=四、用卡诺图化简逻辑函数化简步骤:(1) 画函数的卡诺图(2) 画包围圈,合并最小项(3) 写出最简与或表达式【例1-20】化简逻辑函数CB A DC A C B CD B Y +++=AB CD000111100001111011111111CB DB AC B A CB A D B AC B Y ++=AB CD000111100001111011111111画包围圈的原则:(1) 先圈孤立项,再圈仅有一种合并方式的最小项。
(2) 圈越大越好,但圈的个数越少越好。
(3) 最小项可重复被圈,但每个圈中至少有一个新的最小项。
(4) 必须把组成函数的全部最小项圈完,写出最简与或式。
例1-21】化简函数不正确的画圈CB A DC A C B CD B Y +++=【例1-22】利用图形法化简函数∑=m D ,C ,B ,A F )15 , 13 , 21 , 8 , 6 , 5 , 4 , 1 () ((1) 画函数的卡诺图AB CD000111100001111011111111(2)画包围圈,合并最小项(3)写出最简与或表达式DB A ABD DC AD C A Y +++=注意:先圈孤立项。
【例1-23】利用图形法化简函数,写出最简与或表达式∑=m F )15 , 14 , 11 , 10 , 8 , 4 , 3 , 2 , 1 , 0 (AB CD00011110000111101111111111DB DC A AC B A Y +++=例1-24】用图形法求反函数的最简与或表达式ACBC AB Y ++=(1) 画函数的卡诺图A BC010001111011110000(2) 合并函数值为0的最小项(3) 写出Y 的反函数的最简与或表达式CA CB B A Y ++=1.6 具有约束的逻辑函数的化简一、约束的概念和约束条件1. 约束、约束项、约束条件(1) 约束:输入变量取值所受的限制。