数字电子技术基础：第二章-逻辑代数基础.ppt

单击此处编辑母版标题样式abcd,单击此处编辑母版文本样式abvd,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 逻辑代数基础,二值逻辑及其基本运算,逻辑代数,基本公式（基本定律）,逻辑代数,基本定理（基本规则）,逻辑函数及其表述,逻辑函数化简（公式法、,卡诺图法,）,非完全描述的,逻辑函,数及其化简,本 章 内 容,.,教学基本要求,1、熟悉逻辑代数基本定律和恒等变换方法,3、掌握逻辑函数公式化简法和卡诺图化简法,2、,熟悉逻辑函数,的建立及其描述方法,.,2.1,概述,逻辑代数,又称布尔代数,。,它是分析和设计现代数字逻辑电路不可缺少的数学工具。逻辑代数的一系列定律、定理，用于对逻辑函数式进行化简和恒等变换处理，并用于对逻辑电路的分析和设计。,逻辑关系指的是:事件产生的条件和结果之间的因果(函数)关系。,数字逻辑电路的发展，应溯及,数学,、,逻辑学,和,电子学,的交汇融合。,而条件和结果均具有二值性，可分别用逻辑,“1”和逻辑“0,”表示。,在数字电路中，往往是将事件发生的条件作为输入信号，而结果则形成输出信号。,2.2,逻辑代数的三种基本运算,与（AND）或（OR）非（NOT）,以,A,=1表示开关,A,合上，,A,=,0,表示开关,A,断开；以,B,=1表示开关,B,合上，,B,=,0,表示开关,B,断开；以,Y,=,1,表示灯亮，,Y,=,0,表示灯不亮；三种电路的因果关系不同：,与逻辑,诸多条件同时具备，则结果发生,Y=A,AND,B =A,&,B=A B=AB,A B,Y,0 0,0,0 1,0,1 0,0,1 1,1,真值表,公理：0,0=0,1=1,0=0 1+1=1,或逻辑,诸多条件中，至少其一具备，则结果发生,Y=A,OR,B =A+B,A B,Y,0 0,0,0 1,1,1 0,1,1 1,1,公理：0+0=0 0+1=1+0=1+1=1,真值表,非逻辑,条件不具备，结果发生,Y=NOT A,A,Y,0,1,1,0,真值表,公理：,交换律：,A,+,B,=,B+A,结合律：,(,A,+,B,)+,C,=,A,+(,B,+,C,),分配律：,A,+,BC,=(,A,+,B,)(,A,+,C,),A,+0=,A,A,+1=1,0、1律：,A,B,=,B,A,(,A,B,),C,=,A,(,B,C,),A,(,B,+,C,)=,AB,+,AC,A,1=,A,A,0=0,A,A,=0,A,+,A,=1,互补律：,2.3,逻辑代数的基本定律(基本公式),非非律,：,(否定之否定),重叠律：,(同一律),A,+,A,=,A,吸收律,I,:,AB,AC,BC,D,AB+AC,反演律：,(),A,+,B,=,A,B,吸收律,II,:,A,B,A,C,BC,AB+AC,冗余律,:,A,B,=,A,+,B,A,A,=,A,基本公式的证明,例：证明,，,列出等式、右边的函数值的真值表,(真值表证明法),0,11=0,0,1+1=0,0 0,1 1,1,10=1,0,1+0=0,0 1,1 0,1,01=1,0,0+1=0,1 0,0 1,1,00=1,1,0+0=1,1 1,0 0,A+B,A+B,A B,A B,2.4 逻辑代数的基本规则(基本定理),代入规则,：,在包含变量,A,逻辑等式中，如果用另一个函数式代入式中所有,A,的位置，则等式仍然成立。这一规则称为代入规则。,例,：,B(A+C)=BA+BC,，,用,A+D,代替,A，,得,B,(,A+D,),+C,=B(A+D)+BC=BA+BD+BC,代入规则可以扩展所有基本公式或定律的应用范围,对于任何逻辑函数式，若将其中的与（）换成或（+），或（+）换成与（）；并将1换成0，0换成1；那么，所得的新的函数式就是,L,的对偶式，记作 。,例:逻辑函数 的对偶式为,2.对偶规则：,当某个逻辑恒等式成立时，则该恒等式两侧的对偶式也相等。,这就是对偶规则。利用对偶规则，可从已知公式中得到更多的,运算公式，例如，吸收律,对于任意一个逻辑表达式,L,，若将其中所有的与（）换成或（+），或（+）换成与（）；原变量换为反变量，反变量换为原变量；将1换成0，0换成1；则得到的结果就是原函数的反函数。,3.反演规则：,例：试求,的反演式,解：按照反演规则，得,2.5,逻辑函数及其表示方法,逻辑函数：,事件产生的条件和结果之间的因果关系。,函数表达式,逻辑函数的建立和描述,列真值表,建立标准函数函数恒等变换逻辑电路波形图,若输入逻辑变量为n个，可列表穷举2,n,种不同的输入取值情况，,并对应标明每一情况下输出逻辑变量的运算结果。,“或-与”表达式,“与非-与非”表达式,“与-或-非”表达式,“或非或非”表达式,“与-或”表达式,2.6,逻辑函数的化简方法,1、逻辑函数的最简表达式,在若干个逻辑关系相同的与-或表达式中，将其中包含的与项数,最少，且每个与项中变量数最少的表达式称为最简与-或表达式。,2、逻辑函数的化简方法,化简的主要方法：,公式法（代数法）,图解法（卡诺图法）,代数化简法运用逻辑代数的基本定律和恒等式进行化简的方法。,并项法:,吸收法：,A,+,AB,=,A,消去法,：,配项法,：,A+AB=A+B,),例,已知逻辑函数表达式为,，,要求：（1）最简的与-或逻辑函数表达式，并画出相应的逻辑图；,（2）仅用与非门画出最简表达式的逻辑图。,解：,),),例 试对逻辑函数表达式,进行变换，仅用或非门画出该表达式的逻辑图。,解：,2.6.2,逻辑函数的卡诺图化简法,逻辑函数的最小项表达式,最小项的定义及性质,用卡诺图化简逻辑函数,用卡诺图表示逻辑函数,.,1.,逻辑代数与普通代数的公式易混淆，化简过程要求对所有公式熟练掌握；,2.,代数法化简无一套完善的方法可循，它依赖于人的经验和灵活性；,3.,用这种化简方法技巧强，较难掌握。特别是对代数化简后得到的逻辑表达式是否是最简式判断有一定困难。,卡诺图法可以比较简便地得到最简的逻辑表达式。,代数法化简在使用中遇到的困难：,n,个变量,X,1,X,2,X,n,的最小项是,n,个因子的乘积，每个变量,都以它的原变量或非变量的形式在乘积项中出现，且仅出,现一次。一般n个变量的最小项应有2,n,个。,、,、,A,(,B+C,)等则不是最小项。,例如，,A、B、C,三个逻辑变量的最小项有（2,3,）8个，即,、,、,、,、,、,、,、,1.最小项的意义,最小项的定义及其性质,对于变量的任一组取值，全体最小项之和为1。对于任意一个最小项，只有一组变量取值使得它的值为1；,对于变量的任一组取值，任意两个最小项的乘积为0；,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,三个变量的所有最小项的真值表,2、,最小项的性质,3、,最小项的编号,三个变量的所有最小项的真值表,m,0,m,1,m,2,m,3,m,4,m5,m,6,m,7,最小项的表示：通常用,m,i,表示最小项，,m,表示最小项,下标,i,为最小项号。,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,逻辑函数的最小项表达式,为“与或”逻辑表达式；,在“与或”式中的每个乘积项都是最小项。,例1 将,化成最小项表达式,=,m,7,m,6,m,3m,1,逻辑函数的最小项表达式：,例2,将,化成最小项表达式,a.去掉非号,b,.去括号,用卡诺图表示逻辑函数,1、,卡诺图的引出,卡诺图：将,n,变量的全部最小项都用小方块表示，并使具有逻辑相邻的最小项在几何位置上也相邻地排列起来，这样,所得到的图形叫,n,变量的卡诺图。,逻辑相邻的最小项：如果两个最小项只有一个变量互为反变量，那么，就称这两个最小项在逻辑上相邻。,如最小项,m,6,=ABC、,与,m,7,=ABC,在逻辑上相,邻,m,7,m,6,A,B,1,0,1,0,0,1,00,01,11,10,m,0,m,1,m,2,m,3,m,4,m,5,m,6,m,7,m,12,m,13,m,14,m,15,m,8,m,9,m,10,m,11,00,01,11,10,00,01,11,10,AB,CD,三变量卡诺图,四变量卡诺图,两变量卡诺图,m,0,m,1,m,2,m,3,A,C,C,BC,A,m,0,m,1,m,2,m,3,m,4,m,5,m,6,m,7,A,D,B,B,2、,卡诺图的特点:,各小方格对应于各变量不同的组合，而且上下,左右在几何上相邻的方格内只有一个因子有差别，这个重要特,点成为卡诺图化简逻辑函数的主要依据,。,3.已知逻辑函数画卡诺图,当逻辑函数为最小项表达式时，在卡诺图中找出和表达式中,最小项对应的小方格填上1，其余的小方格填上0（有时也可,用空格表示），就可以得到相应的卡诺图。任何逻辑函数都,等于其卡诺图中为1的方格所对应的最小项之和。,例1：画出逻辑函数,L,(,A,B,C,D,)=,(0,1,2,3,4,8,10,11,14,15)的卡诺图,例,2,画出下式的卡诺图,0,0,0,0,0,解,1.将逻辑函数化为最小项表达式,2.填写卡诺图,用卡诺图化简逻辑函数,1、化简的依据,2、化简的步骤,用卡诺图化简逻辑函数的步骤如下：,(4)将所有包围圈对应的乘积项相加。,(1)将逻辑函数写成最小项表达式,(2)按最小项表达式填卡诺图，凡式中包含了的最小项，,其对应方格填1，其余方格填0。,(3)合并最小项，即将相邻的1方格圈成一组(包围圈)，每一组含2,k,个方格，对应每个包围圈写成一个新的乘积项。本书中包围圈用虚线框表示。,画包围圈时应遵循的原则：,（1）包围圈内的方格数一定是,2,k,个，且包围圈必须呈矩形。,（2）,循环相邻特性包括上下底相邻，左右边相邻和四角相邻。,（3）,同一方格可以被不同的包围圈重复包围多次，但新增的包围圈中一定要有原有包围圈未曾包围的方格。,（4）,一个包围圈的方格数要尽可能多,包围圈的数目要可能少。,例 :用卡诺图法化简下列逻辑函数,（2）画包围圈合并最小项，得最简与-或表达式,解：(1)由,L,画出卡诺图,(0，2，5，7，8，10，13，15),0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,10,例:用卡诺图化简,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,圈0,圈1,含无关项的逻辑函数及其化简,1、什么叫无关项：,在真值表内对应于变量的某些取值下，函数的值可以是任意的，,或者这些变量的取值根本不会出现，这些变量取值所对应的最,小项称为无关项或任意项。,在含有无关项逻辑函数的卡诺图化简中，它的值可以取0或取1，,具体取什么值，可以根据使函数尽量得到简化而定。,例:要求设计一个逻辑电路，能够判断一位十进制数是奇数还是偶数，当十进制数为奇数时，电路输出为1，当十进制数为偶数时，电路输出为0。,1111,1110,1101,1100,1011,1010,1,1001,0,1000,1,0111,0,0110,1,0101,0,0100,1,0011,0,0010,1,0001,0,0000,L,ABCD,解:,(1)列出真值表,(2)画出卡诺图,(3)卡诺图化简,