数字逻辑电路教程PPT第1章数字逻辑基础

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1、第一章 数字逻辑基础 n本章主要介绍数字电路中常用的几种数制的表示方法及其转换规律，数字系统中常见的几种编码及逻辑代数知识。1.1计数体制计数体制n数是用来表示物理量多少的。常用多位数表示。n通常，把数的组成和由低位向高位进位把数的组成和由低位向高位进位的规则称为数制的规则称为数制。n在数字系统中，常用的数制包括十进制十进制数数(decimal)，二进制数(binary),八进制数(octal)和十六进制数（hexadecimal）。十进制数十进制数 n组成：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9n进位规则：逢十进一。n不同位置数的权不同，可用10i表示。ni在(n-1)至-m间取值。nn为十

2、进制数的整数位位数，nm为小数位位数。n10称为基数(radix 或base)。十进制数十进制数 n例例：666.66 n666.66=6102+6101+6100+610-1+610-2 n左端为十进制位置记数法(Positional notation)；n右 端 为 多 项 式 表 示 法(Polynomial notation)。n式中102、101、100、10-1、10-2表示每位数对应的权值，6为系数。十进制数十进制数 n例例：666.66 n666.66=6102+6101+6100+610-1+610-2 n左 端 为 十 进 制 位 置 记 数 法(Positional no

3、tation)；n右端为多项式表示法(Polynomial notation)。n式中102、101、100、10-1、10-2表示每位数对应的权值，6为系数。09均可作为系数。十进制数十进制数 n任意一个十进制数都可以写成：n式中n是整数位位数，nm是小数位位数，nai是第i位系数，n10i是第i位的权，10是基数。十进制数十进制数 n任意进制数的按权展开式n式中R为基数nai为0（R1）中任意一个数字符号nRi为第i位的权值。二进制数二进制数 n组成：0、1n进位规则：逢二进一n一个二进制数M2可以写成：二进制数二进制数 n一个二进制数的最右边一位称为最低有效位，常表示为LSB(Least

4、 Significant Bit)，n最左边一位称为最高有效位，常表示为MSB(Most Significant Bit)。n例例：试标出二进制数11011.011的LSB，MSB位，写出各位的权和按权展开式，求出其等值的十进制数。二进制数二进制数 nM2=11011.0112=124+123+022+121+120+02-1+12-2+12-3=27.37510八进制数和十六进制数八进制数和十六进制数 n八进制数八进制数n组成：0、1、2、3、4、5、6、7、n进位规则：逢八进一n权值：8i 基数：8八进制数和十六进制数八进制数和十六进制数 n十六进制数十六进制数 n组成：0、1、2、3、4

5、、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、Fn其中AF的等值十进制数分别为10、11、12、13、14、15n进位规则：逢十六进一八进制数和十六进制数八进制数和十六进制数 n八进制数和十六进制数均可写成按权展开式，并能求出相应的等值十进制数。八进制数和十六进制数八进制数和十六进制数 n例例：求八进制数6668的等值十进制数。n解解：n6668=682+681+680=384+48+6=43810n例例：一个十六进制数2AF16的等值十进制数是多少？n解：n2AF16=2162+A161+F160n =2162+10161+15160=68710二进制数和其它进制之间的转二进制数和其它进制之间的

6、转换换n十进制数转换成二进制数十进制数转换成二进制数n将十进制数M10转换为二进制数，一般采用将M10的整数部分和小数部分分别转换，然后把其结果相加。n设M10的整数部分转换成的二进制数为 an-1an-2a1a0n可列成下列等式：nM10=an-12n-1+an-22n-2+a121+a020 二进制数和其它进制之间的转二进制数和其它进制之间的转换换n十进制数转换成二进制数十进制数转换成二进制数n将十进制数M10转换为二进制数，一般采用将M10的整数部分和小数部分分别转换，然后把其结果相加。n设M10的整数部分转换成的二进制数为 an-1an-2a1a0n可列成下列等式：nM10=an-12

7、n-1+an-22n-2+a121+a020 二进制数和其它进制之间的转二进制数和其它进制之间的转换换n（1）整数部分转换n设M10的整数部分转换成的二进制数为 an-1an-2a1a0n可列成下列等式：nM10=an-12n-1+an-22n-2+a121+a020 n将上式两边同除以2，两边的商和余数相等。所得商为an-12n-2+an-22n-3+a221+a1，余数为a0，经整理后有：二进制数和其它进制之间的转二进制数和其它进制之间的转换换n再将上式两边同时除以2，可得余数a1，依次类推，便可求出二进制数的整数部分的每一位系数an-1、a1、a0。n在转换中注意除以2一直进行到商数为0

8、止。n这 就 是 所 谓 除 基 取 余 法(Radix Divide Method)。二进制数和其它进制之间的转二进制数和其它进制之间的转换换n例例：将十进制数2510转换为二进制数。n解解：2510=110012二进制数和其它进制之间的转二进制数和其它进制之间的转换换n（2）小数部分转换小数部分转换n设M10的小数部分转换成二进制数为 a-1a-2a-m，可写成等式：nM10=a-12-1+a-22-2+a-m2-m n将上式两边同时乘以2得n2M10=a-120+a-22-1+a-m2-m+1 n上式中乘积的整数部分就是系数a-1，而乘积的小数部分为：二进制数和其它进制之间的转二进制数和

9、其它进制之间的转换换n2M10-a-1=a-120+a-22-1+a-m2-m+1 n对上式两边再同乘以2，则积的整数部分为系数a-2，依次类推，便可求出二进制数的小数部分的每一位系数，这就是所谓乘基取整法(Radix Multiply Method)。n在转换过程中，乘2过程一直继续到所需位数或达到小数部分为0止。二进制数和其它进制之间的转二进制数和其它进制之间的转换换n例例：将0.2510转为二进制数。n解解：0.25102=0.5 整数=0=a-1 MSBn 0.5102=1.0 整数=1=a-2 LSBn即0.2510=0.012 n由上两例可得25.2510=11001.012n也可

10、以用不同位权值相加等于十进制数的办法将十进制数转换成二进制数。n如25=16+8+1=24+23+20=11001。二进制数和其它进制之间的转二进制数和其它进制之间的转换换n二进制数和八进制数之间的转换二进制数和八进制数之间的转换n三位二进制数恰好等于一位八进制数，8=23。n对于二进制数，从小数点处开始，分别向左、右按三位分为一组，每组就对应一位八进制数，组合后即得到转换的八进制数。n将八进制数转换为二进制数时，把每位八进制数写成等值的二进制数，再连接起来，即得到二进制数。二进制数和其它进制之间的转二进制数和其它进制之间的转换换n例：将例：将1011011.10101111011011.10

11、101112 2转换为八进制数。转换为八进制数。n解：解：n00001 1 011011 011011.101101 011011 1 10000n 1 3 3.5 3 4 1 3 3.5 3 4n 1011011.1010111 1011011.10101112 2=133.534=133.5348 8二进制数和其它进制之间的转二进制数和其它进制之间的转换换n例：将八进制数2748转换成二进制数。n解解：2748=101111002二进制数和其它进制之间的转二进制数和其它进制之间的转换换n二进制数与十六进制数之间的转换二进制数与十六进制数之间的转换n因为16=24，所以4位二进制数代表一位十

12、六进制数。n将二进制数从小数点处开始，分别向左、右按每四位分为一组，每组用相应的十六进制数表示，组合后可得到相应的十六进制数。二进制数和其它进制之间的转二进制数和其它进制之间的转换换n例例：将10101111.00010110112转换成十六进制数。n解解：10101111.00010110112=AF.16C161.2常用编码常用编码n编码：是指用文字、符号、数码等表示某种信息的过程。n数字系统中处理、存储、传输的都是二进制代码0和1，因而对于来自于数字系统外部的输入信息，例如十进制数09或字符AZ，az等，必须用二进制代码0和1表示。n二进制编码：给每个外部信息按一定规律赋予二进制代码的过

13、程。或者说，用二进制代码表示有关对象（信号）的过程。二二十进制编码（十进制编码（BCD码）码）n二十进编码是用四位二进制代码表示一位十进制数的编码方式。nBCD码的本质是十进制，其表现形式为二进制代码。n如果任意取四位二进制代码十六种组合的其中十种，并按不同的次序排列，则可得到多种不同的编码。n常用的几种BCD码列于表1-1中（参见P4表1-1）。表1-1 常用的几种BCD码表1-1 常用的几种BCD码二二十进制编码（十进制编码（BCD码）码）n 8421 BCD码码 n8421码是最常用的一种BCD（Binary Coded Decimal）码，舍去四位二进制码的最后六个码，十位数和其二进制

14、数有对应关系，为恒权码。n多位十进制数，需用多位8421 BCD码表示。n例如36910=0011 0110 10018421。二二十进制编码（十进制编码（BCD码）码）n余余3码码 n特点是每个余3码所表示的二进制数要比它对应的十进制数多3。n2421和和5421码码 n二者均为恒权码。2421码有A、B两种。循环码循环码 n循环码是格雷码（Gray Code）中常用的一种，其主要优点是相邻两组编码只有一位状态不同。n以中间为对称的两组代码只有最左边一位不同。n例如0和15，1和14，2和13等。这称为反射性。所以又称作反射码。而每一位代码从上到下的排列顺序都是以固定的周期进行循环的，右起第

15、一位的循环周期是“0110”，第二位的循环周期是“00111100”，第三位的循环周期是“”等等。n是一种无权码。四位循环码如表1-2所示（参见P5表1-2）。循环码循环码 n循环码和二进制码之间保持确定关系，即已知一组二进制码，便可求出一组对应的循环码，反之亦然。n设 二 进 制 码 为 B=B3B2B1B0、循 环 码 为G=G3G2G1G0nGi=Bi+1Bin 1.2.3 ASCII码码 nASCII是American National Standard Code for Information Interchange美国国家信息交换标准代码的简称。常用于通讯设备和计算机中。n它是一组

16、八位二进制代码，用17这七位二进制代码表示十进制数字、英文字母及专用符号。第八位作奇偶校验位（在机中常为0）。n如表1-3所示（参见P5表1-3）。1.3 逻辑代数基础逻辑代数基础n逻辑代数是分析和设计数字逻辑电路的数学工具。n本节讨论：逻辑变量、逻辑函数、基本逻辑运算和逻辑代数公式，以及化简逻辑函数的两种方法公式法和图形法。一、逻辑电路中的几个问题n逻辑值的概念逻辑值的概念n在数字系统中，通常用逻辑真和逻辑假状态来区分事物的两种对立的状态。n逻辑真状态用1表示；逻辑假状态用0来表示。n1和0分别叫做逻辑真假状态的值。n0、1只有逻辑上的含义，已不表示数量上的大小。p27高、低电平的概念高、低

17、电平的概念n以两个不同确定范围的电位与逻辑真、假两个逻辑状态对应。n这两个不同范围的电位称作逻辑电平，把其中一个相对电位较高者称为逻辑高电平，简称高电平，用H表示。而相对较低者称为逻辑低电平，简称低电平，用L表示。状态赋值和正、负逻辑的概念状态赋值和正、负逻辑的概念n状状态态赋赋值值：数字电路中，经常用符号1和0表示高电平和低电平。我们把用符号1、0表示输入、输出电平高低的过程叫做状态赋值。n正正逻逻辑辑：在状态赋值时，如果用1表示高电平，用0表示低电平，则称为正逻辑赋值，简称正逻辑。n负负逻逻辑辑：在状态赋值时，如果用0表示高电平，用1表示低电平，则称为负逻辑赋值，简称负逻辑。二、基本逻辑运

18、算和基本逻辑门二、基本逻辑运算和基本逻辑门 n基本逻辑运算有逻辑与、逻辑或和逻辑非。实现这三种逻辑运算的电路，称作基本逻辑门。n逻辑与（乘）运算逻辑与（乘）运算 n只有决定一件事情的全部条件具备之后，结果才能发生，这种因果关系为“逻辑与”或“逻辑乘”。二、基本逻辑运算二、基本逻辑运算n如图1-5示照明电路，开关A、B合上作为条件，灯亮为结果，只有两个开关全合上时，灯才会亮，否则灯不亮。灯和开关之间符合与逻辑关系。二、基本逻辑运算二、基本逻辑运算n逻辑真值表（Truth Table）：经过状态赋值之后所得到的由文字和符号0、1组成的，描述输入和输出的所有状态的表格。简称真值表。n逻辑与的逻辑关系

19、表达式写成 F=ABn与逻辑功能可记成：“有0为0，全1为1”n与运算规则：00=0；01=0；10=0；11=1nA0=0；A1=A；0A=0；1A=A二、基本逻辑运算二、基本逻辑运算n逻辑或（加）运算逻辑或（加）运算n决定一件事情的几个条件中，只要有一个或一个以上条件具备，结果就会发生，这种因果关系称为“或逻辑”，也称“逻辑加”。二、基本逻辑运算二、基本逻辑运算n图1-7为两个开关并联的照明电路。只要有一个或一个以上（二个）开关闭合，灯就会亮。只有开关都断开时，灯灭。灯亮和开关之间的关系是“或逻辑”关系。二、基本逻辑运算二、基本逻辑运算n逻辑或的逻辑关系表达式 F=A+Bn读作F等于A逻辑

20、加B。n或逻辑功能可记成“有1为1，全0为0”。n由真值表看出0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=1，从 而 推 出 A+0=A；A+1=1；A+A=A。n或逻辑又称逻辑加法。通过上述真值表，可见它和算术加有很大区别。n在逻辑加中1+1=1，1+1+1=1。二、基本逻辑运算二、基本逻辑运算n逻辑非运算逻辑非运算 n条件具备时结果不发生，条件不具备时结果反而发生，这种因果关系是逻辑非。非也称为取反。n如图1-9示照明电路，开关A合上时灯灭；开关A断开时灯亮。开关合上这一条件具备时灯亮这一结果不发生。满足非逻辑关系。同样可列出以0和1表示A和F之间的逻辑关系的真值表如下。二、基本逻辑运算二

21、、基本逻辑运算n逻辑非的逻辑表达式写成 三、复合逻辑运算三、复合逻辑运算 n与、或、非为三种基本逻辑运算。n实际逻辑问题要比与、或、非复杂得多，但都可以用简单的与、或、非逻辑组合来实现。从而构成复合逻辑。n复合逻辑常见的有与非、或非、异或、同(或)运算等。n逻辑符号如下图，其中第一行为国标符号；第二行为惯用符号；第三行为国外常用符号。三、复合逻辑运算三、复合逻辑运算 =AB 四、逻辑代数的基本公式和常用公式 基本公式基本公式n上述基本公式可用真值表进行证明。如证明反演律 n 可将变量：A、B的各种取值组合分别代入等式，其结果如下表所示，等号两边的逻辑值完全对应相等，则说明该公式成立。逻辑代数的

22、三条规则逻辑代数的三条规则公式 n代入规则代入规则 n在任何逻辑等式中，如果等式两边所有出现某一变量的地方，都代之一个函数，则等式仍然成立。这个规则叫代入规则。n例如：等式逻辑代数的三条规则逻辑代数的三条规则公式n利用代入规则，可以将基本公式推广为多变量的形式，扩大公式的使用范围 n若用F=AC代替A，则根据代入规则，等式仍成立，即逻辑代数的三条规则逻辑代数的三条规则公式n反演规则反演规则 n将逻辑表达式中所有n变+，+变成（注意省略的“”号），n1变成0，0变成1，原变量变成反变量，n反变量变成原变量，n即得到原逻辑函数的反函数。n反演规则常用于从已知原函数求出其反函数。逻辑代数的三条规则逻

23、辑代数的三条规则公式n例：例：逻辑代数的三条规则逻辑代数的三条规则公式n利用反演规则时须注意以下两点：n仍需遵守“先括号，然后乘，最后加”的运算顺序。n不属于单个变量上的长非号，在利用反演规则时应保持不变，而长非号下的变量及和号符号仍按反演规则处理。n德摩根定理实际上是反演规则的一个特例。逻辑代数的三条规则逻辑代数的三条规则公式n对偶规则对偶规则 n将逻辑函数F中的“”换成“”，“”换成“”，“”换成“”，“”换成“”，即可求得F的对偶式F。若两个逻辑函数相等，则它们的对偶式也相等；反之亦然。n例：求下列逻辑函数的对偶式：逻辑代数的三条规则逻辑代数的三条规则公式n有时为了证明两个逻辑式相等，可

24、以通过证明它们的对偶式相等来完成，因为有时证明对偶式相等更容易。n例：证明A+BC=(A+B)(A+C)n证明：先写出等式两边的对偶式n等式左边=A(B+C)等式右边=AB+ACn根据分配律A(B+C)=AB+AC知对偶式相等，由对偶规则知A+BC=(A+B)(A+C)n使用对偶规则时，同样要注意运算的优先级别；正确使用括号；原式中的长非号，短非号均不变。若干常用公式 n利用基本公式不难证明下列各式也是正确的，直接运用这些公式，可以给化简带来很大方便。若干常用公式 n现将表中公式证明如下：这个公式的含义是当两个乘积项相加时，若它们分别包含B和 两个因子，而其它因子相同，则两项定可合并，且能将B

25、和两个因子消掉。若干常用公式 nA+AB=AnA+AB=A(1+B)=A1=An此式表明：两个乘积项相加，若其中一项以另一项为因子，则该项是多余的。若干常用公式 n结果说明：两个乘积项相加时，如果一项取反后，是另一项的因子，则此因子是多余的，可以消去。若干常用公式 n证明：若干常用公式 n逆证：若干常用公式 该式说明：两个与项相加时，若它们分别包含A和因子，则两项中的其余因子组成可添加的第三个与项。其逆式也成立，即三个与项相加时，若两项中分别有 和A因子，而这两项的其余因子组成第三个乘积项时，则第三个乘积项是多余的，可以消去。n该公式的推论是：若干常用公式 若干常用公式 n例：变量x和含有变量

26、x的逻辑函数相乘时，函数f中的x用1代替，用0代替，依据是xx=x=x1；x =0=x0。nF=A1B+0C+(1+D)(0+E)=A(B+E)若干常用公式 n例：五、逻辑函数及其表示法n逻辑函数逻辑函数n数字电路研究的是输出变量和输入变量之间的逻辑关系。图1-11示出二输入、一输出的数字电路框图。ABF=f(A,B)图1-11数字电路框图数字电路当输入变量A、B取值为逻辑值0或1时，输出F也只能是0或1。五、逻辑函数及其表示法n在处理逻辑问题时，可用多种方法来表示逻辑函数，其常用表示方法有真值表，逻辑表达式，卡诺图和逻辑图等。真值表表示法真值表表示法 n描述逻辑函数各个变量取值组合和函数值对

27、应关系的表格，称为真值表。n由于每一个输入变量有0、1两个取值，n个输入变量有2n个不同的取值组合，将输入变量的全部取值组合和相应的函数值一一列举出来，即可得到真值表。n通常输入变量的全部取值组合按二进制顺序进行，以防遗漏，并方便检查。真值表表示法真值表表示法 n真值表直观明了，把实际逻辑问题抽象为数学问题时，使用真值表很方便。当变量较多时，为避免烦琐可只列出那些使函数值为1的的输入变量取值组合。n例：三人就某一提议进行表决，试列出表决结果的真值表。真值表表示法真值表表示法 n解：设输入变量A、B、C代表三人，F代表表决结果，两人以上同意者为1（表示通过），否则为0。nA、B、C：同意为1，不

28、同意为0。nF：通过为1，不通过为0。n则真值表为：函数表达式表示法函数表达式表示法 n用与、或、非等运算表示函数中各个变量之间逻辑关系的代数式子，叫做函数表达式。n由真值表求函数表达式最方便。n找出那些使函数值为1的变量取值组合，变量值为1的写成原变量，为0的写成反变量，这样对应于使函数值为1的每一个组合就可以写出一个乘积项，把这些乘积项加起来，可以得到函数的原函数的标准与或式。n把函数值为0的对应乘积项相加，则得反函数。函数表达式表示法函数表达式表示法 n例：写出表决逻辑的原函数和反函数的标准与或式。n解：函数表达式表示法函数表达式表示法 n特点：n简洁方便。能高度抽象而且概括地表示各个变

29、量之间的逻辑关系。n便于利用逻辑代数的公式和定理进行运算、变换。n便于利用逻辑图实现函数。n缺点是难以直接从变量取值看出函数的值，不如真值表直观。逻辑图表示法逻辑图表示法 n把函数表达式输入变量间的逻辑关系用逻辑符号表示出来而得到的电路图，称逻辑图。逻辑图只反映电路的逻辑功能，而不反映电器性能。n一般可根据逻辑表达式画逻辑图。方法是把逻辑表达式中相应的运算用门电路的符号来代替。逻辑图表示法逻辑图表示法 n例：将F=AB+BC+CA画成逻辑图。如表决逻辑图所示。卡诺图表示法卡诺图表示法 n卡诺图（Karnaugh Map）是逻辑函数的一种图形表示方法。n卡诺图和真值表一样可以表示逻辑函数和输入变

30、量之间的逻辑关系。n卡诺图是用图示方法将各种输入变量取值组合下的输出函数值一一表达出来。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n逻辑函数的代数（公式）化简法 n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。n现将经常使用的方法归纳如下：六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n逻辑函数的卡诺图化简法n卡诺图表示法卡诺图表示法n卡

31、诺图（Karnaugh Map）是逻辑函数的一种图形表示方法。n卡诺图和真值表一样可以表示逻辑函数和输入变量之间的逻辑关系。卡诺图是用图示方法将各种输入变量取值组合下的输出函数值一一表达出来。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n图1-13所示为二变量卡诺图与相应真值表的对应关系。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n最小项最小项 n对于n个变量，如果某乘积项含有n个因子，每个因子或以原变量或以反变量的形式仅仅出现一次，则这个乘积项称为最小项。nn个变量一共有2n个最小项。因为每一个变量都有两种状态原变量和反变量，而变量一共有n个。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n最小项编号最小项编号 n编号方

32、法：把与最小项对应的那一组变量取值组合当成二进制数，与其对应的十进制，就是该最小项的编号。n下表为三变量的最小项及其编号。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n最小项性质最小项性质 nn个变量的逻辑函数有2n个最小项。n每一个最小项对应了一组变量取值，任意一个最小项，只有对应的那一组取值使其值为1，其它均为0。n任意两个最小项之积恒为0，记作：mimj=0（ij）六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n所 有 最 小 项 的 逻 辑 和 为 1，记 作mi=1（i=0，1，2，2n-1）nn个变量逻辑函数的每一个最小项都有n个相邻项。所谓相邻是指逻辑相邻：两个最小项

33、中除一个变量不同外，其它的都相同，这两个最小项就是相邻。n两个最小项相加可以消去互为反变量的因子。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n最小项是组成逻辑函数的基本单元最小项是组成逻辑函数的基本单元n任何逻辑函数都可以表示成为最小项之和的形式标准与或式，并且这种形式是唯一的。就是说，一个逻辑函数只有一个最小项之和的表达式。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n例：写出函数F=AB+BC+AC的最小项表达式n解：六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n逻辑函数的卡诺图逻辑函数的卡诺图n最小项卡诺图的画法n画正方形或矩形，图形中分割出2n个小方格，n为变量的个数，每个最小项对应一个小方格。n变量取值按循环码

34、排列（Gray Code），其特点是相邻两个编码只有一位状态不同。n变量卡诺图形象地表达了变量各个最小项之间在逻辑上的相邻性。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n在卡诺图中，一个最小项对应图中一个变量取值的组合（反映在编号上）的小格子，两个逻辑相邻的最小项对应的小格子位置间有以下三种情况：n相接紧挨n相对各在任一行或一列的两头n相重对折起来位置相重合六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n在卡诺图上，两个相邻最小项合并时，相当于把其圈在一起组成一个新格子。新格子和

35、两相邻最小项消去变化量之后的式子相对应。如图所示。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n逻辑函数的卡诺图n用卡诺图来表示逻辑函数。通常逻辑函数的卡诺图可由以下三种情况获得：n根据逻辑函数的真值表（给出真值表时）n根据逻辑函数的变量个数选择相应的卡诺图然后根据真值表填写卡诺图中的每个小方块，即在对应于变量取值组合的每一小方块中，函数值为1时填1，为0时填0，即得函数的卡诺图。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n例：表决逻辑的卡诺图为 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n根据逻辑函数的最小项表达式（给出的是最小项表达式）n将对应的逻辑函数的最小项的小方格填入1，其它的方格填入0。n根据一般的逻辑表达

36、式（这是经常出现的）n首先将函数变换成与或式，但不必变为最小项之和的表达式。在变量卡诺图中，把每一乘积项所包括的那些最小项对应的格子都填上1，剩下的填0。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n注：每一乘积项是其所包含的最小项公因子。每一乘积项包含的最小项的格子数是2，4，8即2n，而不能是3，5，若变量为n个，每个最小项应出现的变量（或反变量）应为n个，其公因子为m个变量（mn），该公因子包含的最小项个数为2n-m。n故m越小，该公因子所包含的最小项的个数越多。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n例：六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n函数的真值表，标准与或式和卡诺图都是唯一的。三者之间有一一对

37、应的关系。卡诺图只不过是真值表和标准与或式的阵列图表达形式。n卡诺图的最突出的优点是用几何位置相邻表达了构成函数的各个最小项在逻辑上的相邻性。可以很容易地求出函数的最简与或式，使其在函数的化简和变换中得到应用。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n逻辑函数的卡诺图化简法 n利用卡诺图进行化简，简捷直观，灵活方便，且容易确定是否已得到最简结果。n用卡诺图化简逻辑函数一般可按以下步骤进行：n画出函数的卡诺图n画包围圈，合并最小项n在卡诺图中，凡是相邻的最小项均可合并，合并时，可消去有关变量。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑

38、函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n选择乘积项，写出最简与或表达式。n选择乘积项时，必须包含全部最小项，选用的乘积项的总数应该最少，每个乘积项所包含的因子也应该最少。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n化简时应注意的几个问题：n圈1得原函数，圈0得反函数n圈必须覆盖所有的1。n圈中1的个数必须是2n个相邻的1。n圈的个数必须最少(乘积项最少)。n圈越大越好（消去的变量多）。n每个圈至少包含一个新的最小项。n选出最简与或式。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数

39、化简六、逻辑函数化简 n具有无关项的逻辑函数及其化简n约束项、任意项和无关项约束项、任意项和无关项 n在分析某些具体的逻辑函数时，常遇到输入变量的取值不是任意的情况。对输入变量的取值所施加的限制为约束。这些受约束的变量取值组合所对应的最小项叫约束项。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n例如用三个逻辑变量A、B、C分别表示一台电动机的正转、反转和停止命令。A=1表示正转，B=1表示反转，C=1表示停止。n因为电动机任何时候只能执行其中一个命令，所以不允许两个命令同时为1，即ABC的取值只能是001，010，100中的一种，不能是000，011，110，101，111中的任一种。因此A、B、C是一

40、组具有约束的变量。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n通常用约束条件来描述约束的具体内容。n由于每一组输入变量的取值都使一个，且仅有一个最小项的值为1，所以当限制某些输入变量不能出现时，可以用它们对应的最小项恒等于0来表示。n上面例子中的约束条件可写为：六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n或写为：六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n有时也会遇到在某些输入变量取值下不影响输出函数。例如对于8421编码只出现00001001，而10101111这6种取值与8421码无关。通常把与输出逻辑函数无关的最小项称作任意项。n在不严格区分时，约束项和任意项统称为无关项。n无关是指把它们是否写入逻辑式中无关紧

41、要，可写可不写。在卡诺图中填入“”或“”表示。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n无关项在化简逻辑函数中的应用无关项在化简逻辑函数中的应用 n在存在无关项的情况下，可以把一个或几个无关项写进逻辑函数中，也可以把无关项从函数式中删掉，不影响函数值。因此在逻辑函数化简时，利用无关项有时会给化简带来方便。n在卡诺图上，究竟将“”作为“1”还是“0”对待，应以得到的相邻最小项矩形组合最大，而且矩形组合数目最少为原则。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n例：化简具有约束项的逻辑函数已知约束条件为 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n解：如果不利用约束项，F已无从化简，适当写入一些约束项后，可以得到六、逻

42、辑函数化简六、逻辑函数化简 n可见，利用了约束项以后，能使逻辑函数进一步化简。n但在确定应该写入哪些约束项时还不够直观。n如果改用卡诺图化简法，则只要将F的卡诺图画出，立即就能看出化简时对这些约束项应如何取舍。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n如图示。化简结果与代数相同。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n例：化简逻辑函数nF=(A,B,C,D)=m(0,1,2,3,6,8)+d(10,11,12,13,14,15)。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n通常，从逻辑问题概括出来的逻辑函数不一定是最简的，所以就要求对逻辑函数进行化简，找到其最简单的表达式。n此

43、外，有时逻辑函数表达式是最简的形式，但是它不一定适合给定的逻辑门，这种实际情况又要求对已有的最简式进行适当的变换，才能用给定的逻辑门画出逻辑电路图。六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n一个逻辑函数可有多种不同的表达形式，这些表达式可以互相转换，例如：六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n一个逻辑函数可有多种不同的表达形式，这些表达式可以互相转换，例如：六、逻辑函数化简六、逻辑函数化简 n与或表达式是最常用的一种逻辑表达式，最简与或表达式的标准是：式中含的与项最少；各与项中含的变量数最少。n有了最简的与或表达式，就很容易得到其他形式的最简表达式。n这里只介绍了两种与或表达式的化简方法。一种是公式化简法；另一种是卡诺图化简法。作业：作业：nP22：n1-11-7；1-10，1-15，1-17，n1-191-21