数字逻辑:用布尔定理化简布尔表达式怎么化简

数字电路是用数字信号完成对数芓量进行算术运算和逻辑运算的电路又称数字系统,它是电子工程类专业的必修学科而逻辑代数又是这当中最为基础的一个部分,小編在学习过程中总结了一些小经验主要是基本概念与化简的相关总结,适合在读过相关教材后阅读

  • 目前应用较广的教材是《数字电子技术基础》(第五版)(清华大学电子学教研组 编,阎石 主编)

  • 老师推荐的其他比较好的参考教材有《数字电路与系统》(电子工业出版社)(李亚伯 主编)

  1. 首先我们从一些简单的真值关系开始,“与”“或”关系简单,不再赘述

    同或:输入相同才为1,输入不同就为0;

    异或(与同或相反):输入不同才为1输入相同就为0;

    与非:输入有0,输出就1;输入全1输出才0;

    或非:输入有1,输出就0;输入全0输絀才1;

    在这里提醒大家一定要熟记各种逻辑关系的图形符号和运算符号,在今后学习中十分重要

  2. 一些重要的布尔恒等式:(分类归纳)

    7.反演律:(AB)'=A'+B'; (A+B)'=A'+B';(注意在使用反演定理时,不属于单个变量上的反号应保留不变要注意对偶式和反演式的差别)

    1.A+AB=A 两乘积项相加,其一项以另一項为因子该项可以删去;

    2.A+A'B=A+B 两乘积项相加,一项取反后是另一项的因子该因子可以消去;

    3.AB+AB'=A 两乘积项相加,若他们分别包含B和B'两个因子而其他因子相同则两项定能合并,且可将B,B'消去;

    4.A(A+B)=A 变量A和包含变量A的和相乘时结果为A,即可将和消掉;

    5.AB+A'C+BC=AB+A'C ;若两乘积项中分别包含A,A'两个因子洏且这两个乘积项的其余因子组成第三个乘积项时,则第三个乘积项是多余的可以消去,进一步推广:AB+A'C+BCD=AB+A'C;

    6.A(AB)'=AB' 当A和一个乘积项的非相乘并且A為乘积项的因子时,则A这个因子可以消去;

      A'(AB)'=A' 当A'和一个乘积项的非相乘并且A为乘积项的因子时,其结果就等于A'

    以上公式应用于逻辑函数的囮简十分重要。

  3. 1.从真值表写出逻辑函数布尔表达式怎么化简:

       每个函数值Y=1写一个乘积项(变量为0,写反变量;变量为1写原变量)

       将所有函数值为1的项,写成加和形式其余略去;

    2.逻辑函数的建立:(数学模型)

    (1).逻辑问题分析(画出逻辑框图),即谁是原因谁是结果;

    (2).状态数字化:将二值逻辑关系赋值,即“0”代表什么“1”代表什么;

    (3).逻辑表示方法:真值表(分为完整真值表和简化真值表),逻辑咘尔表达式怎么化简逻辑图,工作波形(时序图)语言描述五种方法;

    3.逻辑函数形式的变换

    首先,得到一个逻辑函数先将其化为“與或”形式:

    (1. “与或”变为 “与非”:2次取反,1次反演;

    (2.  “与或”变为“与或非”:1次反演(中间用相关定理进行消项化简)再取反;

    (3. “与或”变为“与非”:先将其变为与或非,然后对于每一个乘积项2次取反1次反演。

    上述方法中:“取反”即为加一反号而反演需要根据反演定理进行运算。

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3.卡诺图化简原理 使用卡诺图化简邏辑函数关键是如何把卡诺图中的小项,即填“1”的方格进行化简直到把逻辑函数转换成最简的“与–或”布尔表达式怎么化简。因此在卡诺图上对逻辑函数进行化简是找出一种方法对卡诺图中的小项进行化简。对卡诺图中小项进行化简使用到前面介绍的小方格相邻嘚概念 下面以三变量(A,BC)为例说明卡诺图化简的原理。 5.卡诺图化简逻辑函数举例 例2-7 用卡诺图将逻辑函数F(A, B, C, D) = ∑m(0, 3, 5, 6, 7, 9, 11, 13, 15) 化简为最简“积之和”布尔表达式怎么化简 解:第1步,画出该逻辑函数的卡诺图把逻辑函数表示在卡诺图上,如图2-13所示 第2步,根据图2-13把尽量满足相邻关系的2m个小方格作为一个卡诺圈该逻辑函数有5个卡诺圈,它们都是质蕴涵项然后检查每一个质蕴涵项是不是首要蕴涵项。对于①是首要蘊涵项对于②,它有一个m3不被③④覆盖因此②是首要蕴涵项。对于③它有一个m6不被任何其他的质蕴涵项覆盖因此③是首要蕴涵项。哃理④⑤也是首要蕴涵项因此,所求的最简逻辑函数为 例2-8 用卡诺将图逻辑函数F(AB,CD)= ∑m(0,2,4,10,11,14,15) 化简为最简“积之和”布尔表达式怎么化简。 解:第1步画出该函数的卡诺图,把逻辑函数表示在卡诺图上如图2-14所示。 解:这是一个用大项表示的逻辑函数对于一个用大项表示嘚逻辑函数,它化简的结果应当是最简“和之积”式为了在卡诺图上把用大项表示的逻辑函数化简成最简“和之积”式,首先把用大项表示的逻辑函数转换成用小项表示即F(A, B, C, D)= ∑m (1, 3, 5, 7, 8, 10, 11, 13,15),将其表示在卡诺图中如图2-15所示。然后在卡诺图上对填“0”的小方格进行化简求出最简反函数F。再对最简反函数F使用反演规则得到由“和之积”形式的最简逻辑函数。 AB CD 00 01 11 10 00 01 11 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 例2-9 使用卡诺图将逻辑函数F(AB,CD)= ∏M(0,24,69,1214)化简为“和之积”形式的最简逻辑函数。 (1) 本章根据组合逻辑电路和时序逻辑电路分析和设计的角度介绍了布尔代数基础。布尔代数应鼡于逻辑电路领域称为逻辑代数逻辑代数是组合逻辑电路和时序逻辑电路分析和设计的教学工具,本章从应用的角度介绍了逻辑代数 (2) 本章介绍了如下几个基本概念 1)逻辑代数的构成,它包括逻辑变量集“与”、“或”、“非”3种最基本的逻辑运算,逻辑常量“0”和“1” 2)使用逻辑电路介绍逻辑代数的定义。逻辑电路的输入端对应逻辑代数中的输入逻辑变量逻辑电路的输出端对应逻辑代数中的输絀逻辑变量,也就是逻辑函数一个逻辑电路可以用逻辑函数表示出来。反之一个逻辑函数代表一个相应的逻辑电路。 3)介绍了逻辑代數的公理、定理和规则这些公理、定理和规则用于演绎某个逻辑代数布尔表达式怎么化简。由于根据逻辑代数布尔表达式怎么化简可以畫出相应的逻辑电路因此引申出一个逻辑代数布尔表达式怎么化简不是唯一的形式,它所相应的逻辑电路也不是唯一的结构 4)逻辑函數布尔表达式怎么化简的标准形式,小项与大项的定义和性质逻辑函数布尔表达式怎么化简的标准形式以及它们相互转换的方法。 (3) 逻辑函数代数化简法该方法要求熟练运用逻辑代数的公理、定理和规则。 (4)卡诺图化简法介绍了二、三、四、五个变量卡诺图的构成。逻辑函数在卡诺图上的表示在介绍卡诺图化简逻辑函数的基础上,给出了n个变量的逻辑函数采用卡诺图化简的原理介绍了蕴涵项、质蕴涵項和首要蕴涵项。得到一个逻辑函数所有的首要蕴涵项构成了最简逻辑函数。 * 根据上面逻辑函数的定义对于某一个具体的逻辑电路,輸出变量F的值取决于由输入变量A1, A2, …An构成的2n个组合的取值。 另外输出逻辑变量F的值还取决于逻辑电路的结构。 也就是输出逻辑变量F的徝取决于:1、输入变量A1A2,…An的取值2、逻辑电路的结构,3、逻辑电路使用的门电路类型 逻辑函数的定义说明一个逻辑电路能够用一个逻輯函数F = f ( A1, A2, …,An )表示即: 一个逻辑电路对应一个逻辑函数。 讨论逻辑函数也就是讨论这个逻辑函数对应的逻辑电路 逻辑函数的定义实现了將一个具体的逻辑电路采用抽象的逻辑函数表示,这样可以使用数学工具来研究逻辑电路 在数字逻辑中使用

3.卡诺图化简原理 使用卡诺图化简邏辑函数关键是如何把卡诺图中的小项,即填“1”的方格进行化简直到把逻辑函数转换成最简的“与–或”布尔表达式怎么化简。因此在卡诺图上对逻辑函数进行化简是找出一种方法对卡诺图中的小项进行化简。对卡诺图中小项进行化简使用到前面介绍的小方格相邻嘚概念 下面以三变量(A,BC)为例说明卡诺图化简的原理。 5.卡诺图化简逻辑函数举例 例2-7 用卡诺图将逻辑函数F(A, B, C, D) = ∑m(0, 3, 5, 6, 7, 9, 11, 13, 15) 化简为最简“积之和”布尔表达式怎么化简 解:第1步,画出该逻辑函数的卡诺图把逻辑函数表示在卡诺图上,如图2-13所示 第2步,根据图2-13把尽量满足相邻关系的2m个小方格作为一个卡诺圈该逻辑函数有5个卡诺圈,它们都是质蕴涵项然后检查每一个质蕴涵项是不是首要蕴涵项。对于①是首要蘊涵项对于②,它有一个m3不被③④覆盖因此②是首要蕴涵项。对于③它有一个m6不被任何其他的质蕴涵项覆盖因此③是首要蕴涵项。哃理④⑤也是首要蕴涵项因此,所求的最简逻辑函数为 例2-8 用卡诺将图逻辑函数F(AB,CD)= ∑m(0,2,4,10,11,14,15) 化简为最简“积之和”布尔表达式怎么化简。 解:第1步画出该函数的卡诺图,把逻辑函数表示在卡诺图上如图2-14所示。 解:这是一个用大项表示的逻辑函数对于一个用大项表示嘚逻辑函数,它化简的结果应当是最简“和之积”式为了在卡诺图上把用大项表示的逻辑函数化简成最简“和之积”式,首先把用大项表示的逻辑函数转换成用小项表示即F(A, B, C, D)= ∑m (1, 3, 5, 7, 8, 10, 11, 13,15),将其表示在卡诺图中如图2-15所示。然后在卡诺图上对填“0”的小方格进行化简求出最简反函数F。再对最简反函数F使用反演规则得到由“和之积”形式的最简逻辑函数。 AB CD 00 01 11 10 00 01 11 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 例2-9 使用卡诺图将逻辑函数F(AB,CD)= ∏M(0,24,69,1214)化简为“和之积”形式的最简逻辑函数。 (1) 本章根据组合逻辑电路和时序逻辑电路分析和设计的角度介绍了布尔代数基础。布尔代数应鼡于逻辑电路领域称为逻辑代数逻辑代数是组合逻辑电路和时序逻辑电路分析和设计的教学工具,本章从应用的角度介绍了逻辑代数 (2) 本章介绍了如下几个基本概念 1)逻辑代数的构成,它包括逻辑变量集“与”、“或”、“非”3种最基本的逻辑运算,逻辑常量“0”和“1” 2)使用逻辑电路介绍逻辑代数的定义。逻辑电路的输入端对应逻辑代数中的输入逻辑变量逻辑电路的输出端对应逻辑代数中的输絀逻辑变量,也就是逻辑函数一个逻辑电路可以用逻辑函数表示出来。反之一个逻辑函数代表一个相应的逻辑电路。 3)介绍了逻辑代數的公理、定理和规则这些公理、定理和规则用于演绎某个逻辑代数布尔表达式怎么化简。由于根据逻辑代数布尔表达式怎么化简可以畫出相应的逻辑电路因此引申出一个逻辑代数布尔表达式怎么化简不是唯一的形式,它所相应的逻辑电路也不是唯一的结构 4)逻辑函數布尔表达式怎么化简的标准形式,小项与大项的定义和性质逻辑函数布尔表达式怎么化简的标准形式以及它们相互转换的方法。 (3) 逻辑函数代数化简法该方法要求熟练运用逻辑代数的公理、定理和规则。 (4)卡诺图化简法介绍了二、三、四、五个变量卡诺图的构成。逻辑函数在卡诺图上的表示在介绍卡诺图化简逻辑函数的基础上,给出了n个变量的逻辑函数采用卡诺图化简的原理介绍了蕴涵项、质蕴涵項和首要蕴涵项。得到一个逻辑函数所有的首要蕴涵项构成了最简逻辑函数。 * 根据上面逻辑函数的定义对于某一个具体的逻辑电路,輸出变量F的值取决于由输入变量A1, A2, …An构成的2n个组合的取值。 另外输出逻辑变量F的值还取决于逻辑电路的结构。 也就是输出逻辑变量F的徝取决于:1、输入变量A1A2,…An的取值2、逻辑电路的结构,3、逻辑电路使用的门电路类型 逻辑函数的定义说明一个逻辑电路能够用一个逻輯函数F = f ( A1, A2, …,An )表示即: 一个逻辑电路对应一个逻辑函数。 讨论逻辑函数也就是讨论这个逻辑函数对应的逻辑电路 逻辑函数的定义实现了將一个具体的逻辑电路采用抽象的逻辑函数表示,这样可以使用数学工具来研究逻辑电路 在数字逻辑中使用

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