第 4章 组合逻辑设计原理第二部分组合逻辑电路分析数字逻辑设计及应用
4.2 组合电路分析
分析的目的:确定给定电路的逻辑功能
A
B F
A’
B’
(A’·B’)’
(A·B)’
F = [ (A’·B’)’ · (A·B)’ ]’= A’·B’ + A·B = A?B
4.2 组合电路分析分析步骤:
由输入到输出逐级写出逻辑函数表达式
对输出逻辑函数表达式进行化简
(列真值表或画波形图)
判断逻辑功能化简逻辑函数什么是最简公式法化简卡诺图化简
项数最少
每项中的变量数最少公式法化简
并项法,利用 A·B+A·B’=A·(B+B’)=A
吸收法,利用 A+A·B=A·(1+B)=A
消项法,利用 A·B+A’·C+B·C = A·B+A’·C
消因子法:利用 A+A’·B = A+B
配项法,利用 A+A=A A+A’=1
[ X’ · Y’ ]’ = X + Y
公式法化简 —— 吸收法利 用
A+A·B = A
F1 = (A’·B+C)·A·B·D + A·D
= A·D·[ 1 + B·(…) ]
F2 = A·B + A·B·C’ + A·B·D + A·B·C·D’
= A·B·( 1 + C’ + D + C·D’ )= A·B
F3 = A + [A’·(B·C)’]’·[A’+(B’·C’+D’)’] + B·C
[A’·(B·C)’]’
= A + B·C
= A + (A+B·C)·[ … ] + B·C
= A+BC(将其看做一个整体 )
= A·D
公式法化简 —— 并项法
= B’ + C·D
= A
= B · ( C’ + C )
利 用
A·B+A·B’=A
F1 = A·(B·C’·D)’ + A·B·C’D
F2 = A·B’ + A·C·D + A’·B’ + A’·C·D
F3 = B·C’·D + B·C·D’ + B·C·D + B·C’·D’
= A·[ (B·C’·D)’ + B·C’·D ]
= B · ( C’·D + C·D’ + C·D + C’·D’ )
= B
公式法化简 —— 消项法利用,A·B + A’·C + B·C = A·B + A’·C
Y1 = A·C + A·B’ + B’·C’ = A·C + B’·C’
Y2 = A·B’·C·D’ + (A’+B)·E + C·D’·E A’ + B
= [(A’+B)’]’
= (A·B’)’
= (A·B’)·C·D’ + (A·B’)’·E + C·D’·E
= (A·B’)·C·D’ + (A·B’)’·E
Y3 = A·B’ + B·C’ + C·D’ + D·A’ + A·C’ + A’·C
= A·B’ + B·C’ + C·D’ + D·A’
公式法化简 —— 消因子法利用 A + A’·B = A + B
Y1 = A·B’·C’·D + (A·B’·C’)’
= D + (A·B’·C’)’
Y2 = A + A’·C·D + A’·B·C’
= A + A’·(C·D + B·C’) = A + C·D + B·C’
Y3 = A·C + A’·D + C’·D
= A·C + (A’+C’)·D= A·C + (A·C)’·D = A·C + D
= A’+B+C+D
公式法化简 —— 配项法利用 A+A=A; A+A’=1
Y1 = A’·B·C’ + A’·B·C + A·B·C
= A’·B·C’ + A’·B·C + A’·B·C+ A·B·C = A’·B + B·C
Y2 = A·B’ + A’·B + B·C’ + B’·C
= A·B’ + A’·B·(C+C’) + B·C’ +B’·C·(A+A’)
= A·B’ + A’·B·C + A’·B·C’ + B·C’ + A·B’·C + A’·B’·C
= A·B’ + A’·C + B·C’
卡诺图表示逻辑函数
Y
X 0 1
0
1
m0 m2
m1 m3
m0 m2 m6 m4
m1 m3 m7 m5
—— 真值表的图形表示
Z
XY
00 01 11 10
0
1
YZ
WX
00
00
01
11
10
01 11 10
0 4 12
1 5 13 9
3 7 15
2 6 14 10
8
11
卡诺图表示逻辑函数
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0
A B C F F =?(A,B,C)(0,3,5,6)
1 0 1 0
0 1 0 1
C
AB
00 01 11 10
0
1
例:填写下面两个函数的卡诺图
F1 =?(A,B,C) (1,3,5,7)
F2(A,B,C) = A·C’+B·C·D’+B
卡诺图的特点
逻辑相邻性:
相邻两方格只有一个因子互为反变量
合并最小项
两个最小项相邻可消去一个因子
四个最小项相邻可消去两个因子
八个最小项相邻可消去三个因子
2n个最小项相邻可消去 n个因子两个最小项相邻 可消去一个因子
1 1 1
1 1 1
Z
XY
00 01 11 10
0
1
YZ
WX
00
00
01
11
10
01 11 10
1
11
1
1
11
1X·Y·Z’+ X·Y·Z = X·Y
X’·Y’·Z + X·Y’·Z = Y’·Z
AB
CD
00 01 11 10
00
01
11
10
1
1
11
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
ABCD+ABCD+ABCD+ABCD
= ABD + ABD = BD
四个最小项相邻 可消去一个因子
Z
XY
00 01 11 10
0
1
1 1 1 1
1 1 1 1
AB
CD
00 01 11 10
00
01
11
10
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
A
D’
八个最小项相邻 可消去三个因子
F1 = A·B·C+A·B·D+A·C’·D+C’·D’+A·B’·C+A’·C·D’
卡诺图化简化简函数,F2 =?(A,B,C,D) ( 0,2,3,5,7,8,10,11,13)
AB
CD 00 01 11 10
00
01
11
10A’·B·D
B·C’·D
B’·C
B’·D’
1
1
1
1
1
1
1 1
1
1、填图
2、圈组
3、读图,得到结果
F2 = A’·B·D+B·C’·D+B’·C+B’·D’
卡诺图化简步骤
填写卡诺图
可以先将函数化为最小项之和的形式
圈组:找出可以合并的最小项
组 (圈 )数最少、每组 (圈 )包含的方块数最多
方格可重复使用,但至少有一个未被其它组圈过
读图:写出化简后的乘积项
消掉既能为 0也能为 1的变量
保留始终为 0或 1的变量乘积项:
0? 反变量
1? 原变量化简逻辑函数
什么是最简?项数最少?每项中的变量数最少
公式法化简
卡诺图化简?卡诺图表示逻辑函数?卡诺图的特点
合并最小项(化简)
卡诺图的特点
相邻两方格只有一个因子互为反变量
合并最小项
2n个最小项相邻可消去 n个因子
m0 m2 m6 m4
m1 m3 m7 m5
Z
XY
00 01 11 10
0
1
YZ
WX
00
00
01
11
10
01 11 10
0 4 12
1 5 13 9
3 7 15
2 6 14 10
8
11
化简,F =?A,B,C,D ( 0,2,3,5,7,8,10,11,13 )
CD
AB
00 01 11 10
00
01
11
10
1
1
1
1
1 1
1
1
1
1、填图
2、圈组
,圈,尽可能大
圈数尽可能少
方格可重复使用
3、读图
F(A,B,C,D) = B’·D’ + B’·C + B·C’·D + A’·B·D
B’·D’
B’·C
A’·B·D
B·C’·D
卡诺图化简步骤
填写卡诺图
圈组:找出可以合并的最小项
组 (圈 )数最少、每组 (圈 )包含的方块数最多
方格可重复使用,但至少有一个未被其它组圈过
圈组时应从合并数最小的开始
读图:写出化简后的乘积项
消掉既能为 0也能为 1的变量
保留始终为 0或始终为 1的变量积之和形式:
0? 反变量
1? 原变量几 个 概 念对于逻辑函数 P(X1,…,Xn) 和 F(X1,…,Xn),
若对任何使 P=1的输入组合,也能使 F为 1,则称
P隐含 F,或者 F包含 P。
P1(A,B,C) = A·B·C’
F(A,B,C) = A·B + B’·C
P2(A,B,C) = B’·C
P =?A,B,C (1,3,6)
F =?A,B,C (1,3,5,6,7)
几 个 概 念对于逻辑函数 P(X1,…,Xn) 和 F(X1,…,Xn),
若对任何使 P=1的输入组合,也能使 F为 1,则称
P隐含 F,或者 F包含 P。
逻辑函数 F(X1,…,Xn) 的 主蕴含项 是隐含 F
的常规乘积项 P,如果从 P 中移去任何变量,则所得的乘积项不隐含 F。
F(A,B,C) = A·B·C + B·C + A·C’ = B·C + A·C’
最小和是主蕴含项之和几 个 概 念
奇异,1,单元
仅被单一主蕴含项覆盖的输入组合
质主蕴含项
覆盖 1个或多个奇异
,1” 单元的主蕴含项没有可能被重复,圈,过的单元 1
AB
CD
00 01 11 10
00
01
11
10
1
1
1
11
1
1
1
1
1
几 个 概 念
AB
CD
00 01 11 10
00
01
11
10
11
1
1
1
1
1
1
奇异,1,单元
仅被单一主蕴含项覆盖的输入组合
质主蕴含项
覆盖 1个或多个奇异
,1” 单元的主蕴含项 圈组时应从合并奇异,1” 单元开始化简,F =?A,B,C,D ( 0,1,2,3,4,5,7,14,15 )
CD
AB
00 01 11 10
00
01
11
10
1
1
1
1
1 1
1
1
1
1、填图
2、圈组
找奇异,1” 单元
圈质主蕴含项
圈其它的 1
3、读图
F(A,B,C,D) = A’·B’ + A’·C’ + A’·D + A·B·C
CD
AB
00 01 11 10
00
01
11
10
1
1
1
1
1
11
1
1
1
1
CD
AB
00 01 11 10
00
01
11
10
1
1
1
1
1
11
1
1
1
1
化简结果不一定唯一
(但代价相同)
CD
AB
00 01 11 10
00
01
11
10
1
11 1
11
没有奇异,1” 单元没有质主蕴含项
CD
AB
00 01 11 10
00
01
11
10
1
11 1
11
注意:不要重叠至少有一个 1未被圈过卡诺图化简步骤
填写卡诺图
圈组:找出可以合并的最小项
先找奇异,1” 单元,圈质主蕴涵项,再圈其它项
保证每个圈的范围尽可能大、圈数尽可能少
方格可重复使用,但不要重叠圈组
读图:写出化简后的各项
消掉既能为 0也能为 1的变量
保留始终为 0或始终为 1的变量积之和形式:
0? 反变量
1? 原变量思考:和之积形式??
CD
AB
00 01 11 10
00
01
11
10
0 0
0 0
0
00
简化,和之积,表达式
0? 原变量
1? 反变量
A’+B
A’+C
F = (A+B’+C’+D)·(A’+C)·(A’+B)
,无关,输入组合有时组合电路的输出和某些输入组合无关
F =?A,B,C,D(1,2,3,5,7) + d(10,11,12,13,14,15)
CD
AB
00 01 11 10
00
01
11
10
d
d
d
d
d
d
1
1
1
1
1
F = A’·D + B’·C
A’·D B’·C
d 集( d-set)
多输出函数的最小化
F1 =?A,B,C (0,1,3) F2 =?A,B,C (3,6,7)
C
AB
00 01 11 10
0
1
1
1 1
C
AB
00 01 11 10
0
1
1
1 1
F1 = A’·B’ + A’·C F2 = A·B + B·C
C
AB
00 01 11 10
0
1
1
1 1
C
AB
00 01 11 10
0
1
1
1 1
C
AB
00 01 11 10
0
1
1
1 1
C
AB
00 01 11 10
0
1
1
1 1
F1 = A’·B’ + A’·C F2 = A·B + B·C
F1 = A’·B’ +A’·B·C F2 = A·B + A’·B·C
再谈组合电路的分析
X
Y
Z
F
X+Y’
(X+Y’)·Z
X’·Y·Z’
F = (X+Y’)·Z + X’·Y·Z’ = X·Z + Y’·Z + X’·Y·Z’
= (X+Y’+Z’)·(X’+Z)·(Y+Z)
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
A B C Y
真值表
A
B
C
Y
1
1
1
&
&
&
&
≥1
功能:判奇电路,奇偶校验例:分析下图电路的逻辑功能
Y = ABC + ABC + ABC + ABC
ABC
ABC
ABC
ABC