信息与通信逻辑代数基础.pptx

1.1 基本概念、公式和定理基本概念、公式和定理一、基本和常用的逻辑运算一、基本和常用的逻辑运算三种基本运算是：与、或、非（反）三种基本运算是：与、或、非（反）1.与运算与运算ABY0101BLA0011输输 入入0001输出输出 与逻辑真值表与逻辑真值表与逻辑与逻辑只有当决定一件事情的条件全部具只有当决定一件事情的条件全部具备之后，这件事情才会发生。备之后，这件事情才会发生。2或运算或运算0101BLA0011输输 入入0111输出输出 或逻辑真值表或逻辑真值表或逻辑或逻辑当决定一件事情的几个条件中，只要有一个或一当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，这件事情就发生。个以上条件具备，这件事情就发生。3非运算非运算LA0110非逻辑真值表非逻辑真值表非逻辑非逻辑某事情发生与否，仅取决于一个条件，而且是对某事情发生与否，仅取决于一个条件，而且是对该条件的否定。即条件具备时事情不发生；条件不具备时事该条件的否定。即条件具备时事情不发生；条件不具备时事情才发生。情才发生。二、其他常用逻辑运算二、其他常用逻辑运算1与非与非 由与运算由与运算 和非运算组合而成。和非运算组合而成。0101BLA0011输输 入入1110输出输出“与与非非”真值真值表表2或非或非 由或运算和非运算组合而成。由或运算和非运算组合而成。0101BLA0011输输 入入1000输出输出“或或非非”真值真值表表3、与或非逻辑与或非逻辑Y=AB+CD&ABCDY4异或异或异或是一种异或是一种二变量二变量逻辑运算，当两个变量取值相同时，逻辑运算，当两个变量取值相同时，逻辑函数值为逻辑函数值为0；当两个变量取值不同时，逻辑函数值；当两个变量取值不同时，逻辑函数值为为1。异或的逻辑表达式为异或的逻辑表达式为0101BLA0011输输 入入0110输出输出“异或异或”真值真值表表5同或同或异或运算的反叫做同或异或运算的反叫做同或同或的逻辑表达式为同或的逻辑表达式为0101BLA0011输输 入入1001输出输出“同或同或”真值真值表表三、公式和定理三、公式和定理吸收律吸收律反演律反演律分配律分配律结合律结合律交换律交换律重叠律重叠律互补律互补律公公 式式 101律律对合律对合律名名 称称 公公 式式 2公式的证明方法：公式的证明方法：（1）用简单的公式证明略为复杂的公式）用简单的公式证明略为复杂的公式 证明吸收律证明吸收律（2）用真值表证明）用真值表证明即检验等式两边函数的真值表是否一致即检验等式两边函数的真值表是否一致 用真值表证明反演律用真值表证明反演律A B0 00 11 01 1 1 1 1 0 1 1 1 0四、逻辑代数的基本规则逻辑代数的基本规则 对于任何一个逻辑等式，以某个逻辑变量或逻辑函数同对于任何一个逻辑等式，以某个逻辑变量或逻辑函数同时取代等式两端任何一个逻辑变量后，等式依然成立。时取代等式两端任何一个逻辑变量后，等式依然成立。例如，在反演律中用例如，在反演律中用BC去代替等式中的去代替等式中的B，则新的等式仍成，则新的等式仍成立：立：1.代入规则代入规则 将一个逻辑函数将一个逻辑函数L进行下列变换：进行下列变换：，0 1，1 0所得新函数表达式叫做所得新函数表达式叫做L的的对偶式对偶式，用，用 表示。表示。如果两个逻辑函数表达式相等，那么它们的对偶式也一定如果两个逻辑函数表达式相等，那么它们的对偶式也一定相等。相等。2.对偶规则对偶规则3.反演规则反演规则将一个逻辑函数将一个逻辑函数L进行下列变换：进行下列变换：，；0 1，1 0；原变量原变量 反变量，反变量，反变量反变量 原变量。原变量。所得新函数表达式叫做所得新函数表达式叫做L的反函数，用的反函数，用 表示。表示。利用反演规则，可以非常方便地求得一个函数的反函数利用反演规则，可以非常方便地求得一个函数的反函数例例 求函数求函数 的反函数：的反函数：解：解：例例 求函数求函数 的反函数：的反函数：解：解：（2）变换中，几个变量（一个以上）的公）变换中，几个变量（一个以上）的公共非号保持不变。共非号保持不变。注意在应用反演规则求反函数时要注意以下两点：在应用反演规则求反函数时要注意以下两点：（1）保持运算的优先顺序不变，必要时加括）保持运算的优先顺序不变，必要时加括号表明号表明五、关于异或运算的公式五、关于异或运算的公式1、交换律：、交换律：2、结合律：、结合律：3、分配律：、分配律：证明：证明：4、常量和变量的异或运算、常量和变量的异或运算5、因果互换律、因果互换律如果如果则有则有证明：证明：同理同理1.2 逻辑函数的代数化简法逻辑函数的代数化简法公式法公式法 图形法图形法一、逻辑函数的标准与或式和最简式一、逻辑函数的标准与或式和最简式1.标准与或式标准与或式最小项的定义最小项的定义一般地说，对于一般地说，对于n个变量，如果个变量，如果p是一个含有是一个含有n个个因子的乘积项，而且每一个变量都以原变量或者因子的乘积项，而且每一个变量都以原变量或者反变量的形式，作为一个因子在反变量的形式，作为一个因子在p中出现且仅出现中出现且仅出现一次，那么就称一次，那么就称p是这是这n个变量的一个最小项。个变量的一个最小项。n个变量的逻辑函数中，包含全部变量的乘积项个变量的逻辑函数中，包含全部变量的乘积项称为最小项称为最小项n变量逻辑函数的全部最小项共有变量逻辑函数的全部最小项共有2n个个任何一个逻辑函数表达式都可以转换为一组任何一个逻辑函数表达式都可以转换为一组最小项之和，称为最小项表达式最小项之和，称为最小项表达式例例1：将：将 逻辑函数转换成最小项表达式：逻辑函数转换成最小项表达式：2 逻辑函数的最简式逻辑函数的最简式逻辑函数式的常见形式逻辑函数式的常见形式其中，与其中，与或表达式是逻辑函数的最基本表达或表达式是逻辑函数的最基本表达形式。形式。逻辑函数的最简逻辑函数的最简“与与或表达式或表达式”的标准的标准（1)与项最少与项最少 即表达式中即表达式中“+”号最少号最少（2）每个与项中的变量数最少）每个与项中的变量数最少 即表达式中即表达式中“”号最少号最少二、逻辑函数的公式法化简二、逻辑函数的公式法化简并项法：并项法：运用公式运用公式 将两项合并为一项，消去一个变量。将两项合并为一项，消去一个变量。例：例：吸收法：吸收法：运用吸收律运用吸收律 A+AB=A，消去多余的与项，消去多余的与项例：例：消去法：运用吸收律运用吸收律 消去多余因子。消去多余因子。例：例：配项法：配项法：先先通通过过乘乘以以 或或加加上上 ，增增加加必必要要的的乘乘积积项项，再用以上方法化简。再用以上方法化简。例：例：在化简逻辑函数时，要灵活运用上述方法，才能将逻辑函在化简逻辑函数时，要灵活运用上述方法，才能将逻辑函数化为最简数化为最简例例 化简逻辑函数：化简逻辑函数：解：解：（利用（利用 ）利用利用A+AB=A）（利用（利用 ）例例 化简逻辑函数：化简逻辑函数：（利用（利用 ）（配项法）（配项法）（利用（利用 ）解：解：（利用反演律（利用反演律）（利用（利用A+AB=A）（利用（利用A+AB=A）例例 证明证明 证明：证明：在一个与或表达式中，如果两个乘积项中，一项包含了在一个与或表达式中，如果两个乘积项中，一项包含了原变量原变量A，另一项包含了反变量，另一项包含了反变量A，而这两项其余的因子，而这两项其余的因子都是第三个乘积项的因子，则第三个乘积项是多余的。都是第三个乘积项的因子，则第三个乘积项是多余的。例例 化简逻辑函数：化简逻辑函数：（增加多余项（增加多余项 ）解法1：由此可知，有些逻辑函数的化简结果不是唯一的。由此可知，有些逻辑函数的化简结果不是唯一的。（消去一个多余项（消去一个多余项 ）（再消去一个多余项（再消去一个多余项 ）解法2：（增加多余项（增加多余项 ）（消去一个多余项（消去一个多余项 ）（再消去一个多余项（再消去一个多余项 ）不易判定化简结果是否最简。不易判定化简结果是否最简。总结总结公式化简法的优点：公式化简法的优点：不受变量数目的限制不受变量数目的限制缺点：缺点：没有固定的步骤可循；没有固定的步骤可循；需要熟练运用各种公式和定理；需要熟练运用各种公式和定理；需要一定的技巧和经验；需要一定的技巧和经验；三、逻辑函数的图形法化简1相邻最小项相邻最小项如果两个最小项中只有一个变量互为反变量，其余变量均如果两个最小项中只有一个变量互为反变量，其余变量均相同，则称这两个最小项为逻辑相邻，简称相同，则称这两个最小项为逻辑相邻，简称相邻项相邻项如最小项如最小项ABC 和和 就是相邻最小项。就是相邻最小项。如果两个相邻最小项出现在同一个逻辑函数中，可以合并为如果两个相邻最小项出现在同一个逻辑函数中，可以合并为一项，同时消去互为反变量的那个量一项，同时消去互为反变量的那个量如：如：2.2.卡诺图卡诺图一个小方格代表一个最小项，然后将这些最小项按照一个小方格代表一个最小项，然后将这些最小项按照相邻性排列起来。即用小方格几何位置上的相邻性来相邻性排列起来。即用小方格几何位置上的相邻性来表示最小项逻辑上的相邻性表示最小项逻辑上的相邻性3卡诺图的结构卡诺图的结构（1 1）二变量卡诺图）二变量卡诺图（2）三变量卡诺图）三变量卡诺图 变量取值顺序按循环码排列变量取值顺序按循环码排列注意注意循环码可以由二进制码导出循环码可以由二进制码导出如果如果B是二进制码，是二进制码，G是循环码是循环码则则（3）四变量卡诺图）四变量卡诺图（2）对边相邻性，即与中心轴对称的左右两边和上）对边相邻性，即与中心轴对称的左右两边和上下两边的小方格也具有相邻性。下两边的小方格也具有相邻性。仔细观察可以发现仔细观察可以发现卡诺图具有很强的相邻性：卡诺图具有很强的相邻性：（1）直观相邻性，只要小方格在几何位置上相邻（不管）直观相邻性，只要小方格在几何位置上相邻（不管上下左右），它代表的最小项在逻辑上一定是相邻的上下左右），它代表的最小项在逻辑上一定是相邻的四、用卡诺图表示逻辑函数四、用卡诺图表示逻辑函数例例 某逻辑函数的真值表如表所示，用卡诺图表示该逻辑某逻辑函数的真值表如表所示，用卡诺图表示该逻辑函数。函数。1从真值表到卡诺图从真值表到卡诺图2从逻辑表达式到卡诺图从逻辑表达式到卡诺图例例 用卡诺图表示逻辑函数用卡诺图表示逻辑函数:（1）如果表达式为最小项表达式，则可直接填入卡诺）如果表达式为最小项表达式，则可直接填入卡诺可将其先化成最小项表达式，再填入卡诺图。也可直接填入。可将其先化成最小项表达式，再填入卡诺图。也可直接填入。（2）如表达式不是最小项表达式，但是）如表达式不是最小项表达式，但是“与与或表达式或表达式”五、逻辑函数的卡诺图化简法五、逻辑函数的卡诺图化简法 1卡诺图化简逻辑函数的原理卡诺图化简逻辑函数的原理:（1）2个相邻的最小项可以合并，消去个相邻的最小项可以合并，消去1个取值不同的变量。个取值不同的变量。（2）4个相邻的最小项可以合并，消去个相邻的最小项可以合并，消去2个取值不同的变量。个取值不同的变量。C A B D1111111 C A B D11111111（3）8个相邻的最小项可以合并，消去个相邻的最小项可以合并，消去3个取值不同的变量。个取值不同的变量。总总之之，2n个个相相邻邻的的最最小小项项可可以以合合并并，消消去去n个个取值不同的变量。取值不同的变量。C A B D1111111111112用卡诺图合并最小项的原则（画圈的原则用卡诺图合并最小项的原则（画圈的原则）（1）尽量画大圈，但每个圈内只能含有）尽量画大圈，但每个圈内只能含有2 2n n（n n=0,1,2,3=0,1,2,3）个相邻项。要特别注意对边相邻性和四角相邻性。个相邻项。要特别注意对边相邻性和四角相邻性。（2）圈的个数尽量少。）圈的个数尽量少。（3）卡诺图中所有取值为）卡诺图中所有取值为1的方格均要被圈过，即不能漏下的方格均要被圈过，即不能漏下取值为取值为1的最小项。的最小项。（4）在新画的包围圈中至少要含有）在新画的包围圈中至少要含有1个末被圈过的个末被圈过的1方格，否方格，否则该包围圈是多余的。则该包围圈是多余的。3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）画出逻辑函数的卡诺图。）画出逻辑函数的卡诺图。（2）合并相邻的最小项，即根据前述原则画圈。）合并相邻的最小项，即根据前述原则画圈。（3）写出化简后的表达式。每一个圈写一个最简与项）写出化简后的表达式。每一个圈写一个最简与项规则是规则是取值为取值为l的变量用原变量表示，取值为的变量用原变量表示，取值为0的变量的变量用反变量表示，将这些变量相与。然后将所有用反变量表示，将这些变量相与。然后将所有与项进行逻辑加，即得最简与与项进行逻辑加，即得最简与或表达式。或表达式。例例 化简逻辑函数：化简逻辑函数：L L（A A,B B,C C,D D）=m m（0,2,3,4,6,7,10,11,13,14,150,2,3,4,6,7,10,11,13,14,15）解：解：（1）由表达式画出卡诺图。）由表达式画出卡诺图。（2）画包围圈，）画包围圈，合并最小项，合并最小项，得简化的得简化的 与与或表达式或表达式:C A B D1111111111100000解：解：（1）由表达式画出卡诺图。）由表达式画出卡诺图。注意：图中的绿色圈注意：图中的绿色圈是多余的，应去掉是多余的，应去掉。例例 用卡诺图化简逻辑函数：用卡诺图化简逻辑函数：（2 2）画包围圈合并最小项，）画包围圈合并最小项，得简化的与得简化的与或表达式或表达式:C A B D1111111100000000例例 已知某逻辑函数的真值表，用卡诺图化简该函数。已知某逻辑函数的真值表，用卡诺图化简该函数。（2 2）画包围圈合并最小项。）画包围圈合并最小项。有两种画圈的方法：有两种画圈的方法：解：（解：（1 1）由真值表画出卡诺图。）由真值表画出卡诺图。由此可见，由此可见，一个逻辑函数的真值表是唯一的，卡诺图也是一个逻辑函数的真值表是唯一的，卡诺图也是唯一的，但化简结果有时不是唯一的。唯一的，但化简结果有时不是唯一的。（a a）：写出表达式）：写出表达式：（b）：写出表达式：）：写出表达式：0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C01111110 L 真值表真值表10110111 A B C L10110111 A B C L4卡诺图化简逻辑函数的另一种方法卡诺图化简逻辑函数的另一种方法圈圈0法法例例 已知逻辑函数的卡诺图如图示，分别用已知逻辑函数的卡诺图如图示，分别用“圈圈1法法”和和“圈圈0法法”写出其最简与写出其最简与或式。或式。（2 2）用圈）用圈0 0法，得：法，得：解：解：（1）用圈）用圈1法得：法得：对对L取非得：取非得：C A B D1101111011111111 C A B D1101111011111111六、具有约束项的逻辑函数的化简六、具有约束项的逻辑函数的化简约束项约束项在有些逻辑函数中，输入变量的某些取值组合在有些逻辑函数中，输入变量的某些取值组合不会出现，或者一旦出现，逻辑值可以是任意的。这样的不会出现，或者一旦出现，逻辑值可以是任意的。这样的取值组合所对应的最小项称为无关项、任意项或约束项。取值组合所对应的最小项称为无关项、任意项或约束项。例：在十字路口有红绿黄三色交通信号灯，规定红灯亮例：在十字路口有红绿黄三色交通信号灯，规定红灯亮停，绿灯亮行，黄灯亮等一等，试分析车行与三色信号停，绿灯亮行，黄灯亮等一等，试分析车行与三色信号灯之间逻辑关系。灯之间逻辑关系。解：设红、绿、黄灯分别用解：设红、绿、黄灯分别用A A、B B、C C表示，且灯亮为表示，且灯亮为1 1，灯灭为，灯灭为0 0。车用车用L L表示，车行表示，车行L L=1=1，车停，车停L L=0=0。列出该函数的真值。列出该函数的真值。0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1红灯红灯A 绿灯绿灯B 黄灯黄灯C010 车车L 真值表真值表带有无关项的逻辑函数的最小项带有无关项的逻辑函数的最小项表达式为：表达式为：L=m（）+d（）如本例函数可写成 L=m（2）+d（0,3,5,6,7）具有无关项的逻辑函数的化简具有无关项的逻辑函数的化简010ABC0000111110 A B C不考虑无关项时，表达式为：不考虑无关项时，表达式为：考虑无关项时，表达式为考虑无关项时，表达式为:注意注意:在考虑无关项时，哪些无关项当作在考虑无关项时，哪些无关项当作1，哪些当，哪些当作作0，要以尽量扩大卡诺圈、减少圈的个数，使逻辑，要以尽量扩大卡诺圈、减少圈的个数，使逻辑函数更简为原则。函数更简为原则。例例 L L（A A,B B,C C,D D）=m m（1,4,5,6,7,91,4,5,6,7,9）+d d（10,11,12,13,14,1510,11,12,13,14,15）用卡诺图法化简该逻辑函数。用卡诺图法化简该逻辑函数。解：（解：（1）画出）画出4变量卡诺图。变量卡诺图。00 01 11 1000011110(2)(2)填图填图 11 1 1 1 1 （3 3）画圈合并）画圈合并(4(4）写出逻辑函数的最简与）写出逻辑函数的最简与或表达式或表达式:1.3 逻辑函数的表示方法及其相互之间的转换逻辑函数的表示方法及其相互之间的转换描述逻辑函数的方法有四种：描述逻辑函数的方法有四种：逻辑表达式（函数式）逻辑表达式（函数式）真值表真值表卡诺图卡诺图逻辑电路图逻辑电路图逻辑表达式（函数式）逻辑表达式（函数式）用与、或、非等逻辑运算表示逻辑关系的代数式叫用与、或、非等逻辑运算表示逻辑关系的代数式叫逻辑函数表达式或简称函数式逻辑函数表达式或简称函数式例：例：Y=AB+CDY=AB+CD真值表真值表 将输入变量所有的取值对应的输出值找出来，将输入变量所有的取值对应的输出值找出来，列成表格，即可得真值表列成表格，即可得真值表列真值表时，需注意以下几点：列真值表时，需注意以下几点：1 1、所有的输入的组合不可遗漏，也不可重复；所有的输入的组合不可遗漏，也不可重复；2 2、输入组合最好按二进制数递增的顺序排列。、输入组合最好按二进制数递增的顺序排列。例例 列出函数列出函数 Y=AB+BC+AC Y=AB+BC+AC 的真值表的真值表0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 100010111A B C Y 例：已知某逻辑函数的真值表如下所示，试写出其逻例：已知某逻辑函数的真值表如下所示，试写出其逻辑函数式。辑函数式。A B CY0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 101101001从真值表写出逻辑函数的一般方法：从真值表写出逻辑函数的一般方法：1、找出真值表中使逻辑函数、找出真值表中使逻辑函数Y1的的 那些输入变量取值的组合；那些输入变量取值的组合；2、每组输入变量取值的组合对应一、每组输入变量取值的组合对应一 个乘积项，其中取值为个乘积项，其中取值为1的写入的写入原原 变量变量，取值为，取值为0的写入的写入反变量反变量；3、将这些乘积项相、将这些乘积项相加加，即可得逻辑，即可得逻辑 函数式。函数式。逻辑电路图逻辑电路图 用代表逻辑运算的逻辑门符号所构成的逻辑用代表逻辑运算的逻辑门符号所构成的逻辑关系图形，叫逻辑电路图，简称逻辑图。关系图形，叫逻辑电路图，简称逻辑图。作业：作业：进入第二章学习吧进入第二章学习吧1-3 1-3、1-41-4、1-71-7、1-81-8、1-121-12、1-201-20、1-211-21、14-2914-291-301-30、1-351-35