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第三章 布尔代数与逻辑函数化简(数字电路教程)

时间:2008-07-23 13:57:02  来源:  作者: 点击:148

这一章主要是讲布尔代数和逻辑函数化简。在布尔代数中是把逻辑矛盾的一方假定为"0",另一方假定为"1"这样就把逻辑问题数字化了。逻辑函数的化简也就是运用布尔代数的性质来进行化简。这一章是这门课程的重点,我们一点要掌握好!

3、1布尔代数的基本公式和规则

一:布尔代数的基本公式
下面我们用表格来列出它的基本公式:

公式名称

公式

1、0-1律A*0=0A+1=1
2、自等律A*1=AA+0=A
3、等幂律A*A=AA+A=A
4、互补律A*A=0A+A=1
5、交换律A*B=B*AA+B=B+A
6、结合律A*(B*C)=(A*B)*CA+(B+C)=(A+B)+C
7、分配律

A(B+C)=AB+AC

A+BC=(A+B)(A+C)
8、吸收律1(A+B)(A+B)=AAB+AB=A
9、吸收律2A(A+B)=AA+AB=A
10、吸收律3A(A+B)=ABA+AB=A+B
11、多余项定律(A+B)(A+C)(B+C)
=(A+B)(A+C)
AB+AC+BC=AB+AC

12、否否律

)=A


13、求反律

AB=A+B

A+B=A*B


下面我们来证明其中的两条定律:

(1)证明:吸收律1第二式AB+AB=A 

 左式=AB+AB=A(B+B)=A=右式  (因为B+B=1)
(2)证明:多余项定律AB+AC+BC=AB+AC
左式=AB+AC+BC=AB+AC+BC(A+A)
  =AB+AC+ABC+ABC
  =AB(1+C)+AC(1+B)
  =AB+AC=右式            证毕

  注意:求反律又称为摩根定律,它在逻辑代数中十分重要的。


  二:布尔代数的基本规则

代入法则   它可描述为逻辑代数式中的任何变量A,都可用另一个函数Z代替,等式仍然成立。

对偶法则   它可描述为对任何一个逻辑表达式F,如果将其中的“+”换成“*”,“*”换成“+”“1”换成“0”,“0”换成“1”,仍保持原来的逻辑优先级,则可得到原函数F的对偶式G,而且F与G互为对偶式。我们可以看出基本公式是成对出现的,二都互为对偶式。

反演法则    有原函数求反函数就称为反演(利用摩根定律),
我们可以把反演法则这样描述:将原函数F中的“*”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,长非号即两个或两个以上变量的非号不变,就得到原函数的反函数。

3、2 逻辑函数的代数法化简

我们先来了解一个概念,什麽是逻辑电路图?逻辑电路图就是用逻辑门组成的电路图。
一:逻辑函数化简的基本原则
逻辑函数化简,没有严格的原则,它一般是依以下几个方面进行 :

逻辑电路所用的门最少;
各个门的输入端要少;
逻辑电路所用的级数要少;
逻辑电路要能可靠的工作。

这几条常常是互相矛盾的,化简要根据实际情况来进行。下面我们来用例题说明一下:

例1:化简函数F=AB+CD+AB+CD,并用基本逻辑门实现。
(1)先化简逻辑函数 F=AB+CD+AB+CD=A(B+B)+D(C+C)=A+D

(2)用逻辑门实现:(由化简来看只需一个与门)
二:逻辑函数的形式和逻辑变换
    逻辑函数的形式很多,一个逻辑问题可以用多种形式的逻辑函数来描述。

 逻辑函数的表达式可分为五种:
1."与或"表达式2."或与"表达式3."与非"表达式4."或非"表达式5."与或非"表达式。这几种表达式之间可以互相转换,应根据要求把逻辑函数化简成我们所需要的形式。

3、3卡诺图化简

一: 在学习之前我们先来了解几个概念
(1)逻辑相邻项:它可描述为在两个与或逻辑中,除某个因子互为非外,其余的因子都相同。

(2)逻辑最小项:它可描述为在给定变量数目的逻辑函数中,所有变量参加相与的项。在某一个最小项中每个变量只能以原变量或反变量的形式出现一次。
逻辑最小项的性质是:
全部最小项之和为“1”;
两个不同的最小项之积为“0”;
n变量有2n项最小项。

 (3)最小项标准式:全是最小项组成的“与或”式。

 二:卡诺图化简的基本原理
凡两个逻辑相邻项,可合并为一项,其合并的逻辑函数是保留相同的,消去相异的变量。

三:卡诺图的结构
每一个最小项用一个方格表示,逻辑相邻的项几何位置上也相邻,卡诺图每方格取值按循环码排列

四:卡诺图的表示法
先将逻辑函数式化为最小项表达式,再填写卡诺图。
用真值表填写对应的卡诺图方格。
直接填写(横纵保留相同的因子)

五:卡诺图中的最小项的合并规律
合并规律:
21个相邻项合并时消去一个相同的变量,22个相邻的项合并时消去两个相同的变量,以此类推,2n
个相邻的项合并时消去n个相同的变量。

相邻项的性质是(1)具有公共边(2)对折重合(3)循环相邻

六:"与或"逻辑化简
例:化简F=BCD+BC+ADC+ABC+ABC(用图形法)

(1)用卡诺图表示逻辑函数:(如下图)
(2)画卡诺圈圈住全部“1”的方格(规则是:圈尽可能大;允许重复,但要新;孤立的“1”独圈。)(3)组成新函数是F=BC+AC+AD
B
(4)画出逻辑电路:(如右下图所示) 
 

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