用卡诺图化简逻辑函数

1.4用卡诺图化简逻辑函数

本次重点内容

1、卡诺图的画法与性质

2、用卡诺图化简函数 教学过程 应用卡诺图化简 一、卡诺图

逻辑函数可以用卡诺图表示。所谓卡诺图，就是逻辑函数的一种图形表示。对n 个变量的卡诺图来说，有2n 个小方格组成，每一小方格代表一个最小项。在卡诺图中，几何位置相邻（包括边缘、四角）的小方格在逻辑上也是相邻的。 二、最小项的定义及基本性质： 1、最小项的定义

在n 个变量的逻辑函数中，如乘积项中包含了全部变量，并且每个变量在该乘积项中或以原变量或以反变量的形式但只出现一次，则该乘积项就定义为该逻辑函数的最小项。通常用m 表示最小项，其下标为最小项的编号。编号的方法是：最小项的原变量取1，反变量取0，则最小项取值为一组二进制数，其对应的十进制数便为该最小项的编号。如最小项

C B A 对应的变量取值为000，它对应十进制数为0。因此，最小项C B A 的编号为m 0，如

最小项C B A 的编号为m 4，其余最小项的编号以此类推。 2、最小项的基本性质：

（1）对于任意一个最小项，只有一组变量取值使它的值为1，而其余各种变量取值均使它的值为0。

（2）不同的最小项，使它的值为1的那组变量取值也不同。 （3）对于变量的任一组取值，全体最小项的和为1。

m 0,m １,m ２,……来编号。

1

01

00

01

11

10

01

A BC

AB CD B A

00011110

00

01

11

10

m m m m m m

m

m

m m m m 012

3

00112233m m m m m m m m m m m m m m m m 45678910

1112131415图

1.4.1卡诺图

二、应用卡诺图表示逻辑函数

应用卡诺图化简逻辑函数时，先将逻辑式中的最小项(或逻辑状态表中取值为1的最小项)分别用1填入相应的小方格内，其它的则填0或空着不填。如果逻辑式不是由最小项构成，一般应先化为最小项或将其列出逻辑状态表后填写。 三、应用卡诺图化简逻辑函数 1、一个正确卡诺圈的要求：

（1）画在一个卡诺圈内的1方格数必须是2m 个（m 为大于等于0的整数）。

（2）画在一个卡诺圈内的2m 个1方格必须排列成方阵或矩阵。 （3）一个卡诺圈内的1方格必须是对称相邻的。 2、利用卡诺图化简逻辑函数的步骤：

（1）先找没有相邻项的独立1方格，单独画圈。

（2）其次，找只能按一条路径合并的两个相邻方格，画圈。 （3）再次，找只能按一条路径合并的四个相邻方格，画圈。 （4）再次，找只能按一条路径合并的八个相邻方格，画圈。 （5）依此类推，若还有1方格未被圈，找合适的圈画出。 如：化简C B A BC A C B A C B A Y +++=1 则有：Y1=C C B +A

化简)15,14,13,12,5,4,3,0(2m Y ∑= 3、具有无关项的逻辑函数的化简

逻辑函数中的无关项： 用“×”（或“d ”）表示 利用无关项化简原则：

无关项即可看作“1”也可看作“0”。卡诺图中，圈组内的“×”视为“1”， 组外的视为“0”。

例1为8421BCD 码，当其代表的十进制数≥5时，输出为“1”，求Y 的最简表达式。（用于间断输入是否大于5） 解：先列真值表，再画卡诺图 写出表达式：

Y=D C B +B +A

作业：用卡诺图化简下列逻辑表达式：

卡诺图化简法

卡诺图化简法又称为图形化简法。该方法简单、直观、容易掌握，因而在逻辑设计中得到广泛应用。

一卡诺图的构成

卡诺图是一种平面方格图，每个小方格代表一个最小项，故又称为最小项方格图。

1．结构特点

A B C D Y A B C D Y 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 × 0 0 1 1 0 1 0 1 1 × 0 1 0 0 0 1 1 0 0 × 0 1 0 1 1 1 1 0 1 × 0 1 1 0 1 1 1 1 0 × 0

1 1 1

1

1

1

1

1

×

卡诺图中最小项的排列方案不是唯一的，图2．5(a)、(b)、(c)、(d)分别为2变量、3变量、4变量、5变量卡诺图的一种排列方案。图中，变量的坐标值0表示相应变量的反变量，1表示相应变量的原变量。各小方格依变量顺序取坐标值，所得二进制数对应的十进制数即相应最小项的下标i。

在五变量卡诺图中，为了方便省略了符号“m”，直接标出m的下标i。

图2.52～5变量卡诺图

从图2.5所示的各卡诺图可以看出，卡诺图上变量的排列规律使最小项的相邻关系能在图形上清晰地反映出来。具体地说，在n个变量的卡诺图中，能从图形上直观、方便地找到每个最小项的n个相邻最小项。以四变量卡诺图为例，图中每个最小项应有4个相邻最小项，如m5的4个相邻最小项分别是m1，m4，m7，m13，这4个最小项对应的小方格与m5对应的小方格分别相连，也就是说在几何位置上是相邻的，这种相邻称为几何相邻。而m2则不完全相同，它的4个相邻最小项除了与之几何相邻的m3和m6之外，另外两个是处在“相对”位置的m0(同一列的两端)和m10(同一行的两端)。这种相邻似乎不太直观，但只要把这个图的上、下边缘连接，卷成圆筒状，便可看出m0和m2在几何位置上是相邻的。同样，把图的左、右边缘连接，便可使m2和m10相邻。通常把这种相邻称为相对相邻。除此之外，还有“相重”位置的最小项相邻，如五变量卡诺图中的m3，除了几何相邻的m1，m2，m7和相对相邻的m11外，还与m19相邻。对于这种情形，可以把卡诺图左边的矩形重叠到右边矩形之上来看，凡上下重叠的最小项相邻，这种相邻称为重叠相邻。

归纳起来，卡诺图在构造上具有以下两个特点：

☆n个变量的卡诺图由2n个小方格组成，每个小方格代表一个最小项；

☆卡诺图上处在相邻、相对、相重位置的小方格所代表的最小项为相邻最小项。

二卡诺图的性质

卡诺图的构造特点使卡诺图具有一个重要性质：可以从图形上直观地找出相邻最小项合并。合并的理论依据是并项定理AB+AB=A。例如，

根据定理AB+AB=A和相邻最小项的定义，两个相邻最小项可以合并为一个与项并消去一个变量。例如，4变量最小项ABCD和ABCD相邻，可以合并为ABD；ABCD和ABCD相邻，可以合并为ABD；而与项ABD和ABD又为相邻与项，故按同样道理可进一步将两个相邻与项合并为BD。

用卡诺图化简逻辑函数的基本原理就是把上述逻辑依据和图形特征结合起来，通过把卡诺图上表征相邻最小

项的相邻小方格“圈”在一起进行合并，达到用一个简单“与”项代替若干最小项的目的。

通常把用来包围那些能由一个简单“与”项代替的若干最小项的“圈”称为卡诺圈。

三逻辑函数在卡诺图上的表示