数字电子技术教学数字电路基础知识PPT课件

1、2021-11-261电子技术的发展与应用1. 电子技术的应用科学研究中，先进的仪器设备；传统的机械行业，先进的数控机床、自动化生产线； 通信、广播、电视、雷达、医疗设备、新型武器、交通、电力、航空、宇航等领域；日常生活的家用电器； 电子计算机及信息技术。 第1页/共117页2021-11-2622.2.电子技术的发展电子技术的发展电子器件的改进与创电子器件的改进与创新新 19041904年发明电真空器件（电子管）电子管时代。19481948年发明半导体器件晶体管时代。2020世纪6060年代制造出集成电路集成电路时代。 电子技术：研究电信号的产生、传送、接收和处理。l 模拟电子技术l 数字电

2、子技术第2页/共117页2021-11-263数字电路与模拟电路1. 基本概念电信号：指随时间变化的电压和电流。模拟信号：在时间和幅值上都为连续的信号。数字信号：在时间和幅值上都为离散的信号。模拟电路：处理和传输模拟信号的电路。数字电路：处理和传输数字信号的电路。第3页/共117页2021-11-264模拟信号：时间上连续：任意时刻有一个相对的值。数值上连续：可以是在一定范围内的任意值。例如：电压、电流、温度、声音等。真实的世界是模拟的。缺点：很难度量； 容易受噪声的干扰； 难以保存。优点：用精确的值表示事物。模拟电路：处理和传输模拟信号的电路。三极管工作在线性放大区。第4页/共117页202

3、1-11-265数字信号： 时间上离散：只在某些时刻有定义。 数值上离散：变量只能是有限集合的一个值，常用0、1二进制数表示。 例如：开关通断、电压高低、电流有无。第5页/共117页2021-11-266数字化时代：音乐：CD、MP3电影：MPEG、RM、DVD数字电视数字照相机数字摄影机手机数字电路：处理和传输数字信号的电路。三极管工作在开关状态，即饱和区或截止区。第6页/共117页2021-11-2672. 数字电路特点（与模拟电路相比）数字电路特点（与模拟电路相比） （1）数字电路的基本工作信号是用1和0表示的二进制的数字信号，反映在电路上就是高电平和低电平。 （2）晶体管处于开关工作状

4、态，抗干扰能力强、精度高。 （3）通用性强。结构简单、容易制造，便于集成及系列化生产。 （4）具有“逻辑思维”能力。数字电路能对输入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算、逻辑判断，故又称为数字逻辑电路。第7页/共117页2021-11-268数字电路的分类和学习方法 1. 数字电路的分类（1）按电路结构分类 组合逻辑电路：电路的输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路原来的状态无关。 时序逻辑电路：电路的输出信号不仅与当时的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。第8页/共117页2021-11-269（2）按集成电路规模分类集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目小规模集成电路(Smal

5、l Scale IC，SSI)中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI)大规模集成电路(Large Scale IC，LSI)超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI)特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI)巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）划分集成电路规模的标准划分集成电路规模的标准 数字集成电路数字集成电路 类类 别别 MOS IC 双极双极IC 模拟集成电路模拟集成电路 SSI 102 100 30 MSI 102103 100500 30100 LSI 103105 5002000 100

6、300 VLSI 105107 2000 300 ULSI 107109 GSI 109 第9页/共117页2021-11-26102. 2. 数字电路的学习方法数字电路的学习方法 （1）逻辑代数是分析和设计数字电路的重要工具，应熟练掌握。 （2）重点掌握各种常用数字逻辑电路的逻辑功能、外部特性及典型应用。对其内部电路结构和工作原理不必过于深究。 （3）掌握基本的分析方法。 （4）本课程实践性很强。应重视习题、基础实验和综合实训等实践性环节。 （5）注意培养和提高查阅有关技术资料和数字集成电路产品手册的能力。 第10页/共117页2021-11-2611越来越大的设计 越来越短的推向市场的时间

7、 越来越低的价格 大量使用计算机辅助设计工具（EDA技术） 多层次的设计表述 大量使用复用技术 IP（Intellectual Property）第11页/共117页2021-11-26121.2 1.2 数制及编码数制及编码 第12页/共117页2021-11-2613数制1. 十进制l数字符号（系数）：0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9l计数规则：逢十进一l基数：1010l权：1010的幂 例：（19991999）10 10 = =（1 110103 3+9+910102 2+9+910101 1+9+910100 0）1010：由数字符号构成且

8、表示物理量大小的数字和数字组合。（简称数制）：多位数码中每一位的构成方法，以及从低位到高位的进制规则。第13页/共117页2021-11-26142. 2. 二进制二进制 数字符号：0、1 计数规则：逢二进一 基数：2 权：2的幂一般形式为： （N）2 =（bn-1bn-2b 1b0）2 = (bn-12n-1bn-22n-2b121b020)10例：（1011101）2 = （126+025+124+123+122+021+120）10 =（64+0+16+8+4+0+1）10 =（93）10数值越大，位数越多，读写不方便，容易出错！第14页/共117页2021-11-26153. 3. 八

9、进制八进制 数字符号：07 计数规则：逢八进一 基数：8 权：8的幂例：（127）8=（182+281+780）10 =（64+16+7）10 =（87）10第15页/共117页2021-11-26164. 4. 十六进制十六进制 数字符号：09、A、B、C、D、E、F 计数规则：逢十六进一 基数：16 权：16的幂例：（5D）16=（5161+13160）10 =（80+13）10 =（93）10第16页/共117页2021-11-2617数制转换 1. 十进制数转换成二进制 整数部分的转换：除2取余法。例：求（217）10 =（）2 解： 2 217 余1 b0 2 108 余0 b1 2

10、 54 余0 b2 2 27 余1 b3 2 13 余1 b4 2 6 余0 b5 2 3 余1 b6 2 1 余1 b7 0（217）10 =（11011001）2第17页/共117页2021-11-2618例：求（0.3125）10 =（ ）2 解： 0.3125 2 = 0.625 整数为0 b- 1 0.625 2 = 1.25 整数为1 b- 2 0.25 2 = 0. 5 整数为0 b- 3 0. 5 2 = 1.0 整数为1 b- 4 说明：有时可能无法得到0的结果，这时应根据转换精度的要求适当取一定位数。小数部分的转换：乘2 2取整法。（0.3125）10 =（0.0101）2

11、第18页/共117页2021-11-26192. 2. 二进制与八进制、十六进制之间的转换二进制与八进制、十六进制之间的转换 （1）二进制与八进制之间的转换 三位二进制数对应一位八进制数。（）2 =（101，011，100，101）2=（5345）8（6574）8 =（110，101，111，100）2=（）2第19页/共117页2021-11-2620（2）二进制与十六进制之间的转换）二进制与十六进制之间的转换例如：（9A7E）16 =（1001 1010 0111 1110）2 =（）2四位二进制数对应一位十六进制数。（）2 =（0101 1101 0110）2 =（5D6）16第20页/

12、共117页2021-11-2621表表1-1 1-1 几种计数进制数的对照表几种计数进制数的对照表十进制二进制八进制十六进制00000001000111200102230011334010044501015560110667011177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F第21页/共117页编码 二进制代码：具有特定意义的二进制数码。编码：代码的编制过程。 BCD码：用一个四位二进制代码表示一位十进制数字的编码方法。 1. 二十进制编码（BCD码）第22页/共117页2021-11-2623

13、表表1-2 几种常用的几种常用的BCD码码 十进制数8421码5421码余3码0000000000011100010001010020010001001013001100110110401000100011150101100010006011010011001701111010101081000101110119100111001100第23页/共117页2021-11-2624（1）8421码码 选取00001001表示十进制数09。 按自然顺序的二进制数表示所对应的十进制数字。 是有权码，从高位到低位的权依次为8、4、2、1，故称为8421码。 10101111等六种状态是不用的，称为禁用

14、码。例：（1985）10 =（0001 1001 1000 0101）8421BCD第24页/共117页2021-11-2625（2）5421码码（3）余3码选取00000100和10001100这十种状态。01010111和11011111等六种状态为禁用码。是有权码，从高位到低位的权值依次为5、4、2、1。 选取00111100这十种状态。 与8421码相比，对应相同十进制数均要多3（0011），故称余3码。 第25页/共117页2021-11-26262. 2. 其它常用的代码其它常用的代码 （1）格雷码（又称循环码）：任意两个相邻的数所对应的代码之间只有一位不同，其余位都相同。循环码的

15、这个特点，使它在代码的形成与传输时引起的误差比较小。第26页/共117页2021-11-2627表表1-3 1-3 四位循环码的编码表四位循环码的编码表十进制数循环码十进制数循环码00000811001000191101200111011113001011111040110121010501111310116010114100170100151000第27页/共117页2021-11-2628（2 2）奇偶校验码）奇偶校验码 具有检错能力，能发现奇数个代码位同时出错的情况。：信息位(可以是任一种二进制代码)及一位校验位。： ，使校验位和信息位所组成的每组代码中含有奇数个1；，使校验位和信息位所

16、组成的每组代码中含有偶数个1。第28页/共117页2021-11-2629表表1-4 奇偶校验码（以奇偶校验码（以8421BCD码为例）码为例）第29页/共117页2021-11-2630（3 3）字符码）字符码 ：专门用来处理数字、字母及各种符号的二进制代码。最常用的：美国标准信息交换码。 用7位二进制数码来表示字符。可以表示27128个字符。第30页/共117页2021-11-2631表表1-5 美国标准信息交换码（美国标准信息交换码（ASCII码）码）第31页/共117页2021-11-26321.3 1.3 逻辑函数及其化简逻辑函数及其化简 第32页/共117页2021-11-2633

17、内容提要 逻辑代数的基本运算；逻辑函数及其表示方法（真值表、逻辑表达式、逻辑图和卡诺图）；逻辑代数的运算公式和基本规则；逻辑函数的化简方法（代数化简法和卡诺图化简法） 。第33页/共117页2021-11-2634逻辑代数的基本运算 逻辑：一定的因果关系。逻辑代数是描述客观事物逻辑关系的数学方法，是进行逻辑分析与综合的数学工具。因为它是英国数学家乔治布尔(George Boole)于1847年提出的,所以又称为布尔代数。逻辑代数有其自身独立的规律和运算法则，不同于普通代数。相同点：都用字母A、B、C表示变量；不同点：逻辑代数变量的取值范围仅为“0”和“1”，且无大小、正负之分。逻辑代数中的变量

18、称为逻辑变量。“0”和“1”表示两种不同的逻辑状态：是和非、真和假、高电位和低电位、有和无、开和关等等。 第34页/共117页2021-11-26351. 三种基本逻辑运算 （1）与运算 当决定某一事件的全部条件都具备时，该事件才会发生，这样的因果关系称为与逻辑关系，简称与逻辑。 开关A开关B灯Y断开断开灭断开闭合灭闭合断开灭闭合闭合亮ABY000010100111A A、B B全1，Y Y才为1。设定逻辑变量并状态赋值：逻辑变量：A和B，对应两个开关的状态；1闭合，0断开；逻辑函数：Y，对应灯的状态， 1灯亮，0灯灭。第35页/共117页2021-11-2636逻辑表达式： YA BAB符号

19、“”读作“与”（或读作“逻辑乘”）；在不致引起混淆的前提下，“”常被省略。实现与逻辑的电路称作与门，与逻辑和与门的逻辑符号如图1-1(b)所示，符号“&”表示与逻辑运算。 第36页/共117页2021-11-2637 若开关数量增加，则逻辑变量增加。 A B CY0 0 000 0 100 1 000 1 101 0 001 0 101 1 001 1 11A A、B B、C C全1，Y Y才为1。YA B CABC第37页/共117页2021-11-2638（2）或运算 当决定某一事件的所有条件中，只要有一个具备，该事件就会发生，这样的因果关系叫做或逻辑关系 ，简称或逻辑 。 开关A

20、开关B灯Y断开断开灭断开闭合亮闭合断开亮闭合闭合亮ABY000011101111A、B有1，Y就为1。第38页/共117页2021-11-2639逻辑表达式： YAB符号“”读作“或”（或读作“逻辑加”）。实现或逻辑的电路称作或门，或逻辑和或门的逻辑符号如图1-2(b)所示，符号“1”表示或逻辑运算。 第39页/共117页2021-11-2640（3）非运算 当某一条件具备了，事情不会发生；而此条件不具备时，事情反而发生。这种逻辑关系称为非逻辑关系，简称非逻辑。A与Y相反开关A灯Y断开亮闭合灭AY0110第40页/共117页2021-11-2641实现非逻辑的电路称作非门，非逻辑和非门的逻辑符

21、号如图1-3(b)所示。 逻辑符号中用小圆圈“ 。”表示非运算，符号中的“1”表示缓冲。逻辑表达式： Y YA A符号“ ”读作“ 非 ” 。第41页/共117页2021-11-26422. 复合逻辑运算 在数字系统中，除应用与、或、非三种基本逻辑运算之外，还广泛应用与、或、非的不同组合，最常见的复合逻辑运算有与非、或非、与或非、异或和同或等。 （1） 与非运算“与”和“非”的复合运算称为与非运算。 逻辑表达式： Y YABCABCA B CY0 0 010 0 110 1 010 1 111 0 011 0 111 1 011 1 10图1-4 与非逻辑的逻辑符号 “有0必1，全1才0” 第

22、42页/共117页2021-11-2643 （2） 或非运算“或”和“非”的复合运算称为或非运算。 逻辑表达式： Y YA A+ +B B+ +C CA B CY0 0 010 0 100 1 000 1 101 0 001 0 101 1 001 1 10“有1必0，全0才1” 图1-5 或非逻辑的逻辑符号 第43页/共117页2021-11-2644 （3） 与或非运算“与”、“或”和“非”的复合运算称为与或非运算。 逻辑表达式： Y YABAB+ +CDCD图1-6 与或非逻辑的逻辑符号 第44页/共117页2021-11-2645 （4） 异或运算所谓异或运算，是指两个输入变量取值相同

23、时输出为0，取值不相同时输出为1 1。 “相同为0，相异为1” 图1-7 异或逻辑的逻辑符号 逻辑表达式： Y Y = = A AB B = = A BA B + + A BA B式中符号式中符号“ ”表示异或运算。表示异或运算。 ABY000011101110第45页/共117页2021-11-2646 （5） 同或运算所谓同或运算，是指两个输入变量取值相同时输出为1，取值不相同时输出为0。 “相同为1，相异为0” 图1-8 同或逻辑的逻辑符号 ABY001010100111逻辑表达式： Y Y = = A AB B = = A BA B + + A BA B = = A AB B 式中符号

24、式中符号“ ”表示同或运算。表示同或运算。 第46页/共117页2021-11-2647逻辑函数及其表示法 1. 逻辑函数 输入逻辑变量和输出逻辑变量之间的函数关系称为逻辑函数，写作 Y = F(A、B、C、D) A、B、C、D为有限个输入逻辑变量；F为有限次逻辑运算（与、或、非）的组合。表示逻辑函数的方法有：真值表、逻辑函数表达式、逻辑图和卡诺图。第47页/共117页2021-11-2648真值表是将输入逻辑变量的所有可能取值与相应的输出变量函数值排列在一起而组成的表格。1个输入变量有0和1两种取值， n个输入变量就有2n个不同的取值组合。例：逻辑函数Y=AB+BC+AC A B CY0 0

25、 000 0 100 1 000 1 111 0 001 0 111 1 011 1 11三个输入变量，八种取值组合 2. 真值表ABBCAC第48页/共117页2021-11-2649A B CY0 0 000 0 100 1 000 1 111 0 001 0 111 1 011 1 11真值表的特点： 唯一性; 按自然二进制递增顺序排列（既不易遗漏，也不会重复 ）。 n个输入变量就有2n个不同的取值组合。 第49页/共117页2021-11-2650例：控制楼梯照明灯的电路。 两个单刀双掷开关A和B分别装在楼上和楼下。无论在楼上还是在楼下都能单独控制开灯和关灯。设灯为L，L为1表示灯亮，

26、L为0表示灯灭。对于开关A和B，用1表示开关向上扳，用0表示开关向下扳。ABL001010100111第50页/共117页2021-11-26513. 逻辑表达式 按照对应的逻辑关系，把输出变量表示为输入变量的与、或、非三种运算的组合，称之为逻辑函数表达式（简称逻辑表达式）。由真值表可以方便地写出逻辑表达式。方法为： 找出使输出为1的输入变量取值组合； 取值为1用原变量表示，取值为0的用反变量表示，则可写成一个乘积项； 将乘积项相加即得。 ABL001010100111L = A B + A BL = A B + A BA BA BA BA B第51页/共117页2021-11-26524.

27、逻辑图 用相应的逻辑符号将逻辑表达式的逻辑运算关系表示出来，就可以画出逻辑函数的逻辑图。ABL001010100111L = A B + A BL = A B + A B第52页/共117页2021-11-26531.3 1.3 逻辑函数及其化简逻辑函数及其化简 1. 基本公式 2. 常用公式 3. 运算规则 第53页/共117页2021-11-2654逻辑代数的公式和运算法则 逻辑函数的相等：已知Y = F1 (A、B、C、D)W= F2 (A、B、C、D)问： Y = W的条件？的条件？仅当A、B、C、D的任一组取值所对应的的任一组取值所对应的Y和和W都都相同，具体表现为二者的真值表完全相

28、同时， Y = W 。等号“”不表示两边数值相等，仅表示一种等价、等效的逻辑关系。因为逻辑变量和逻辑函数的取值0和1是不能比较大小的，仅表示一种状态。结论：可用真值表验证逻辑函数是否相等。ABY000010100111ABW001010100111第54页/共117页2021-11-26551. 基本公式 （1）常量之间的关系 0 0 = 0 0 + 0 = 0 0 1 = 0 0 + 1 = 1 1 0 = 0 1 + 0 = 1 1 1 = 1 1 + 1 = 1 0 = 1 1 = 0 请特别注意请特别注意与普通代数与普通代数不同之处不同之处与或第55页/共117页2021-11-265

29、6（2）常量与变量之间的关系普通代数结普通代数结果如何？果如何？（3）与普通代数相似的定理 交换律交换律AB = BAA + B = B + A结合律结合律A（BC）=（AB）CA +(B+C)=(A+B)+C分配律分配律A（B+C）=AB + ACA+(BC)=(A+B)(A+C)第56页/共117页2021-11-2657（4）特殊的定理 De De morgen morgen定理定理第57页/共117页2021-11-2658第58页/共117页2021-11-26592. 常用公式 B B：互补：互补A A：公因子：公因子A A是是ABAB的因子的因子第59页/共117页2021-11

30、-2660A A的反函数的反函数是因子是因子与互补变量与互补变量A A相与的相与的B B、C C是第三项是第三项添加项添加项第60页/共117页2021-11-2661需记忆第61页/共117页2021-11-2662在任何一个逻辑等式（如 FW ）中，如果将等式两端的某个变量（如B）都以一个逻辑函数（如Y=BC）代入，则等式仍然成立。这个规则就叫代入规则。3. 运算规则 （1）代入规则 推广利用代入规则可以扩大公式的应用范围。理论依据：任何一个逻辑函数也和任何一个逻辑变量一样，只有逻辑0和逻辑1两种取值。因此，可将逻辑函数作为一个逻辑变量对待。 第62页/共117页2021-11-2663

31、（2）反演规则运用反演规则时，要注意运算的优先顺序（先括号、再相与，最后或） ，必要时可加或减扩号。1)(0DCBAYCDBAY)(EDCBAYEDCBAYEDCBAY对任何一个逻辑表达式Y 作反演变换，可得Y 的反函数 Y 。这个规则叫做反演规则。 反演变换：“”“”“”“” “0” “1”“1” “0”，原变量反变量反变量原变量第63页/共117页2021-11-2664 对任何一个逻辑表达式Y 作对偶变换，可Y的对偶式Y。 （3）对偶规则 运用对偶规则时，同样应注意运算的优先顺序，必要时可加或减扩号。 ) 1)()0(CABAYCABAY对偶变换：“”“”“”“”“0” “1”“1” “

32、0”第64页/共117页2021-11-2665利用对偶定理，可以使要证明和记忆的公式数目减少一半。 互为对偶式 对偶定理： 若等式Y=W成立，则等式Y =W也成立。 第65页/共117页2021-11-26661.3 1.3 逻辑函数及其化简逻辑函数及其化简 1. 化简的意义和最简概念 2. 公式化简法 第66页/共117页2021-11-26671.化简的意义和最简单的概念 （1）化简的意义 CBBCBCAABAYCBBCBCAABACBBCBCAABAY第67页/共117页2021-11-2668若将该函数化简并作变换：CBBCBCAABAYCACABBCBCBAY)()1 (第68页/

33、共117页2021-11-2669（2）逻辑函数的多种表达式形式CAABYCAABY)()(CABAYCABAY与-或表达式与非-与非表达式 或-与非表达式 或非-或表达式 第69页/共117页2021-11-2670（2）逻辑函数的多种表达式形式（续）或-与表达式或非-或非表达式 与-或非表达式 与非-与表达式 )(BACABCCAABAAYBACAYBACAYBACAY第70页/共117页2021-11-2671由以上分析可知，逻辑函数有很多种表达式形式，但形式最简洁的是与或表达式，因而也是最常用的。 （3）逻辑函数的最简标准由于与或表达式最常用，因此只讨论最简与或表达式 的最简标准。最简

34、与或表达式为： 与项（乘积项）的个数最少； 每个与项中的变量最少。第71页/共117页2021-11-26722. 公式化简法 反复利用逻辑代数的基本公式、常用公式和运算规则进行化简，又称为代数化简法。必须依赖于对公式和规则的熟练记忆和一定的经验、技巧。 第72页/共117页2021-11-2673 （1）代入规则 在任何一个逻辑等式（如 FW ）中，如果将等式两端的某个变量（如B）都以一个逻辑函数（如Y=BC）代入，则等式仍然成立。这个规则就叫代入规则。在公式化简中大量应用！需灵活掌握。最常使用，特别需要熟练记忆！第73页/共117页2021-11-2674 （2）反演规则便于实现反函数。

35、（3）对偶规则使公式的应用范围扩大一倍，使公式的记忆量减小一倍。反演变换：“”“”“”“”“0” “1” “1” “0”，原变量反变量反变量原变量对偶变换：“”“”“”“”“0” “1”“1” “0”第74页/共117页2021-11-2675例1-2 化简函数CBACBAY解： BACCBACBACBAY)(例化简函数解： CBACBACBACBAYAABBACCABCCBAY)()(代入规则 （1）并项法 利用公式A+A=1或公式AB+AB=A进行化简，通过合并公因子，消去变量。AABBAY或： 代入规则第75页/共117页2021-11-2676 （2）吸收法 利用公式A+AB=A进行化

36、简，消去多余项。 例1-3 化简函数解： 例化简函数解： )(FECDBABAYBAFECDBABAY)()(EFFEDABCDCDABYDCDABEFFEDABCDCDABY)(第76页/共117页2021-11-2677例1-4 化简函数解： 例化简函数解： （3）消去法 利用公式A+AB=AB进行化简，消去多余项。CBCAABYCABCABABCBAABCBCAABY)(FEFEABCDY)(FEABCDFEABCDFEFEABCDFEFEABCDY)()(第77页/共117页2021-11-2678例1-5 化简函数解： （4）配项法 在适当的项配上A+A=1进行化简。 BACBCBB

37、AYCACBBABBCACBBABCACBACBACBACBBACCBACBAACBBABACBCBBAY)()()(第78页/共117页2021-11-2679例1-5 化简函数解2： BACBCABACBBBCABACBCABCBACBACBABACBCBAACCBABACBCBBAY)()()(CACBBABACBCBBAY解1得： 问题：函数Y的结果不一样，哪一个解正确呢？ 答案都正确!最简结果的形式是一样的，都为三个与项，每个与项都为两个变量。表达式不唯一！第79页/共117页2021-11-2680例 化简函数解： （5）添加项法 利用公式AB+AC+BC=ABAC，先添加一项BC

38、，然后再利用BC进行化简，消去多余项。CACBBACABACBBACABACBCBBABACBCBBAYBACBCBBAY第80页/共117页2021-11-2681下面举一个综合运用的例子。DEFGEFBACEFBDCAABDAADY解： EFBBDCADEFGEFBBDACEFCAABADEFGEFBACEFBDCAABDAADY)(第81页/共117页2021-11-2682 公式化简法评价：特点：目前尚无一套完整的方法，能否以最快的速度进行化简，与我们的经验和对公式掌握及运用的熟练程度有关。优点：变量个数不受限制。缺点：结果是否最简有时不易判断。 下次课将介绍与公式化简法优缺点正好互补

39、的卡诺图化简法。当变量个数超过4时人工进行卡诺图化简较困难，但它是一套完整的方法，只要按照相应的方法就能以最快的速度得到最简结果。第82页/共117页2021-11-26831.3 1.3 逻辑函数及其化简逻辑函数及其化简 1. 最小项及最小项表达式 2. 卡诺图及其画法 3. 用卡诺图表示逻辑函数 4. 卡诺图化简法 第83页/共117页2021-11-2684 公式化简法评价：优点：变量个数不受限制。缺点：目前尚无一套完整的方法，结果是否最简有时不易判断。利用卡诺图可以直观而方便地化简逻辑函数。它克服了公式化简法对最终化简结果难以确定等缺点。卡诺图是按一定规则画出来的方框图，是逻辑函数的图

40、解化简法，同时它也是表示逻辑函数的一种方法。卡诺图的基本组成单元是最小项，所以先讨论一下最小项及最小项表达式。 第84页/共117页2021-11-26851.最小项及最小项表达式 （1）最小项 具备以上条件的乘积项共八个，我们称这八个乘积项为三变量A、B、C的最小项。设A、B、C是三个逻辑变量，若由这三个逻辑变量按以下规则构成乘积项： 每个乘积项都只含三个因子，且每个变量都是它的一个因子； 每个变量都以反变量(A、B、C)或以原变量(A、B、C)的形式出现一次，且仅出现一次。 推广：一个变量仅有原变量和反变量两种形式，因此N个变量共有2N个最小项。第85页/共117页2021-11-2686

41、最小项的定义:对于N个变量，如果P是一个含有N个因子的乘积项，而且每一个变量都以原变量或者反变量的形式，作为一个因子在P中出现且仅出现一次，那么就称P是这N个变量的一个最小项。 表1-17三变量最小项真值表 第86页/共117页2021-11-2687（2）最小项的性质 对于任意一个最小项，只有一组变量取值使它的值为1，而变量取其余各组值时，该最小项均为0； 任意两个不同的最小项之积恒为0； 变量全部最小项之和恒为1。 第87页/共117页2021-11-2688最小项也可用“mi” 表示，下标“i”即最小项的编号。编号方法：把最小项取值为1所对应的那一组变量取值组合当成二进制数，与其相应的十

42、进制数，就是该最小项的编号。 表1-18 三变量最小项的编号表 第88页/共117页2021-11-2689 （3）最小项表达式 任何一个逻辑函数都可以表示为最小项之和的形式标准与或表达式。而且这种形式是惟一的，就是说一个逻辑函数只有一种最小项表达式。例1-7将Y=AB+BC展开成最小项表达式。 解： BCAABCCABBCAACCABBCABY)()()7 , 6 , 3(),(763mmmmCBAY或： 第89页/共117页2021-11-26902.卡诺图及其画法 （1）卡诺图及其构成原则 卡诺图是把最小项按照一定规则排列而构成的方框图。构成卡诺图的原则是： N变量的卡诺图有2N个小方块

43、（最小项）； 最小项排列规则：几何相邻的必须逻辑相邻。 逻辑相邻：两个最小项,只有一个变量的形式不同,其余的都相同。逻辑相邻的最小项可以合并。几何相邻的含义：一是相邻紧挨的；二是相对任一行或一列的两头；三是相重对折起来后位置相重。在五变量和六变量的卡诺图中，用相重来判断某些最小项的几何相邻性，其优点是十分突出的。第90页/共117页2021-11-2691图1-11 三变量卡诺图的画法 （2）卡诺图的画法 首先讨论三变量（A、B、C）函数卡诺图的画法。 3变量的卡诺图有23个小方块； 几何相邻的必须逻辑相邻：变量的取值按00、01、11、10的顺序（循环码 ）排列 。相邻相邻第91页/共117

44、页2021-11-2692图1-12 四变量卡诺图的画法相邻相邻不相邻正确认识卡诺图的“逻辑相邻”：上下相邻，左右相邻，并呈现“循环相邻”的特性，它类似于一个封闭的球面，如同展开了的世界地图一样。对角线上不相邻。第92页/共117页2021-11-2693 （1）从真值表画卡诺图根据变量个数画出卡诺图，再按真值表填写每一个小方块的值（0或1）即可。需注意二者顺序不同。例1-8 已知Y的真值表，要求画Y的卡诺图。表1-19逻辑函数Y的真值表 3. 用卡诺图表示逻辑函数 A B CY0 0 000 0 110 1 010 1 101 0 011 0 101 1 001 1 11图1-13例1-8的

45、卡诺图 第93页/共117页2021-11-2694 （2）从最小项表达式画卡诺图把表达式中所有的最小项在对应的小方块中填入1，其余的小方块中填入0。 例1-9 画出函数Y(A、B、C、D)= m(0,3,5,7,9,12,15)的卡诺图。 图1-14例1-9的卡诺图 第94页/共117页2021-11-2695 （3）从与或表达式画卡诺图把每一个乘积项所包含的那些最小项（该乘积项就是这些最小项的的公因子）所对应的小方块都填上1，剩下的填0，就可以得到逻辑函数的卡诺图。1 111AB11例已知YABACDABCD，画卡诺图。最后将剩下的填01+1ACD=1011ABCD=0111第95页/共1

46、17页2021-11-2696 （4）从一般形式表达式画卡诺图先将表达式变换为与或表达式，则可画出卡诺图。 )15,14,13,12()(1mABCDDABCDCABDCABDDCCABABY)13, 9()(2mDCABDCBADCBBADCAY73mBCDAY第96页/共117页2021-11-2697 （1）卡诺图中最小项合并的规律 合并相邻最小项，可消去变量。 合并两个最小项，可消去一个变量； 合并四个最小项，可消去两个变量； 合并八个最小项，可消去三个变量。 合并2N个最小项，可消去N个变量。 4.卡诺图化简法 由于卡诺图两个相邻最小项中，只有一个变量取值不同，而其余的取值都相同。所

47、以，合并相邻最小项，利用公式A+A=1，ABABA，可以消去一个或多个变量，从而使逻辑函数得到简化。 第97页/共117页2021-11-2698图1-15 两个最小项合并 m3m11BCD第98页/共117页2021-11-2699图1-16 四个最小项合并 第99页/共117页2021-11-26100图1-17 八个最小项合并第100页/共117页2021-11-26101 （2）利用卡诺图化简逻辑函数 A基本步骤： 画出逻辑函数的卡诺图； 合并相邻最小项（圈组）； 从圈组写出最简与或表达式。关键是能否正确圈组 。 B正确圈组的原则 必须按2、4、8、2N的规律来圈取值为1的相邻最小项；

48、 每个取值为1的相邻最小项至少必须圈一次，但可以圈多次； 圈的个数要最少（与项就少），并要尽可能大（消去的变量就越多）。第101页/共117页2021-11-26102 C从圈组写最简与或表达式的方法： 将每个圈用一个与项表示圈内各最小项中互补的因子消去，相同的因子保留，相同取值为1用原变量，相同取值为0用反变量； 将各与项相或，便得到最简与或表达式。第102页/共117页2021-11-26103例1-10 用卡诺图化简逻辑函数Y(A、B、C、D)=m(0,1,2,3,4,5,6,7,8,10,11) 解：相邻A第103页/共117页2021-11-26104相邻BCA第104页/共117页2021-11-26105BCAB DDBCBAY第105页/共117页2021-11-26106例1-11 化简图示逻辑函数。解：多余的圈AB