数字电路——卡诺图

卡诺图是逻辑函数的一种图形表示。一个逻辑函数的卡诺图就是将此函数的最小项表达式中的各最小项相应地填入一个方格图内,此方格图称为卡诺图。

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。两个相邻最小项可以合并为一个与项并消去一个变量。

一、卡诺图

        卡诺图是逻辑函数的一种图形表示。卡诺图是一种平面方格图,每个小方格代表逻辑函数的一个最小项,故又称为最小项方格图。方格图中相邻两个方格的两组变量取值相比,只有一个变量的取值发生变化,按照这一原则得出的方格图(全部方格构成正方形或长方形)就称为卡诺方格图,简称卡诺图。

1.1 卡诺图结构

1.1.1  3变量卡诺图

数字电路——卡诺图_第1张图片

         从上图我们注意到,水平AB项:00, 01, 11, 10。任意相邻两项都有最小项,也只有一个变量的取值发生了变化。如果是00,01,10,11,那么首尾00和11这两项就有两个变量发生了变化,不合符卡罗图最小项规则。

1.1.2  4变量卡诺图

数字电路——卡诺图_第2张图片

         在4变量卡诺图当中,垂直方向上变量CD也要遵循相邻最小项只有一个变量变化的规则。

1.1.3  5变量卡诺图

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1.2  卡诺图特点

  •  n个变量的卡诺图由2^{n}个小方格构成。
  •  几何图形上处在相邻,相对,重叠位置的小方格代表的最小项为相邻的最小项
  •   卡诺图中最小项排列方案不是唯一的,上述介绍的只是其中一种排列方案。

1.3  相邻

1.3.1  几何相邻

        几何相邻:对于m5,几何相邻有m1、m4,m7,m13。

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1.3.2  相对相邻

        对于m2,有几何相邻,也有相对相邻。几何相邻:m3和m6。相对相邻:m0和m10。

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         相对相邻概念:在几何图形当中,可以将一垂直方向CD这一列卷起来看,那么m0和m2就是相对相邻。

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         在水平方向上,将AB行卷起来看,m2和m10也是相对相邻。

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1.3.3  重叠相邻

        在5变量卡诺图当中,对于m3,不仅有几何相邻(m1,m2,m7),相对相邻m11,还有重叠相邻m19。

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二、逻辑函数在卡诺图中的表示

  • 在卡诺图上找出和表达式中最小项对应的小方格填上1,其余小方格填上0。

        3变量函数F = (A、B、C)= \sum m(1,2,3,7)

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  •   一般“与-或”表达式的卡诺图

        当逻辑函数为一般“与-或”表达式时,可根据“与”的公共性(与想变量为1,与相为1)和 “或”的叠加性(只要有1项为1,表达式为1)作出相应卡诺图

        比如函数F(A, B,C,D) = AB + CD + \bar{A}\bar{B}C的卡诺图。

        AB在卡诺图上:

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         CD在卡诺图上:

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         \bar{A}\bar{B}C​​​​​​​在卡诺图上:

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         那么F(A, B,C,D) = AB + CD + \bar{A}\bar{B}C的卡诺图为:

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 三、卡诺图上最小项的合并规律

  •   合并的理论依据是并项定理:

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  •    两个相邻最小项有一个变量互反,可以合并为一项,消去一个变量。
  •   卡诺图的重要特征:直观,清晰的反应了最小项的相邻关系。

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