第三章内容介绍了逻辑代数的公式、定理和规则,也涉及到部分逻辑代数化简的问题,本节将系统介绍逻辑代数化简的意图、方法以及化简目标。
1.化简目的
通常在数字电路设计中,逻辑电路的复杂程度与逻辑函数的简易程度直接相关。同时也决定使用逻辑器件的多少。一般情况下电路越简单,其设计、调试时间越短,成本越低,系统也往往越稳定。因此,逻辑电路的化简有着及其重要的意义。例:
Y= (1)
在式(1)中,化简前需要 一个非门,两个与门和一个或门才能实现。化简后Y=A,仅仅一条连线就可以实现,像这种Y=A不能继续化简的逻辑函数,一般称为最简函数,其对应的表达式称为最简表达式。化简后将会有如下特性:
(1)使用最少器件
(2)电路简单
(3) 系统稳定
这些特性正是逻辑化简所追求的目标。确切的讲化简的目的是找出最简表达式。
2. 逻辑函数最简表达式
最简表达式一般指逻辑项最少,逻辑项中变量最少,含非号项最少。根据常用逻辑表达式的类型又分5种情况:
(1)最简与-或表达式 :乘积项最少、并且每个乘积项中的变量也最少的与或表达式。
例1:求解逻辑函数 对应的最简表达式
(2)最简与非-与非表达式
非号最少、并且每个非号下面乘积项中的变量也最少的与非-与非表达式。 如:
Y=A(B+C)=AB+BC=
-
常用的求解步骤:
- 求解最简与或表达式,
- 用双重否定加两个非号,用摩根定律去掉下面的非号。
(3)最简或-与表达式
和(或)项最少、并且每个和项(或)的变量也最少的或与表达式。如:
Y=A(B+C)=AB+BC=
-
常用的求解步骤:
-
求解最简与或表达式 ,
-
用双重否定加两个非号,用摩根定律去掉下面的非号,利用反演规则直接变换成或-与表达式
-
将内部的与项变成或项 。
-
(4)最简 或非-或非表达式
非号最少、并且每个非号下面相加的变量也最少的或非-或非表达式。如:
-
常用的求解步骤:
-
求解最简或-与表达式,
-
用双重否定加两个非号,用摩根定律去掉下面的非号。也可以利用反演规则直接变换成或-与表达式,
-
将内部的与项变成或项。
-
(5)最简 “与-或非”,“或-与非”表达式
与-或非:非号下面相加的乘积项最少、并且每个乘积项中相乘的变量也最少的与或非表达式。
或-与非:非号下面相加的和项最少、并且每个和项中的变量也最少的与或非表达式。
-
常用的求解步骤:
-
求解最简与-或、或-与表达式,
-
用双重否定加两个非号,用摩根定律去掉下面的非号。或利用反演规则直接变换成或-与表达式,
-
将内部的与项变成或项,或将和项变成积项。
-
3. 逻辑函数公式法化简方法
熟练利用公式进行化简,可用的公式: 0-1率,互补率,等幂律,双重否定率,交换律,结合律,分配律,还原率,吸收率,冗余率。复习各个定律,写出符合要求的函数或表达式。
-
并项法:
利用幂等率 进行多项式合并,消去冗余变量
例2:化简
例3:化简
-
吸收法:
(1)利用公式A+AB=A ①, 消去多余的项。
(2)利用公式 ② ,消去冗余变量。
例4 化简逻辑表达式:
利用公式① 得:
例5 化简逻辑函数
同样利用公式① 得:
-
配项法:
(1)利用公式A=A·1= =
① ———- 添加缺失的变量进行化简。
例6:化简逻辑函数
化简如下:
(2)利用公式 幂等律 A+A=A ② ———- 添加缺失的项进行化简。
例7:化简逻辑函数
化简如下:
-
消除冗余项法:
利用公式 实现冗余项消除的方法进行化简
例8 化简逻辑函数
化简如下:
例9 化简逻辑函数
化简如下:
-
用对偶规则化简函数:
例10 利用对偶规则化简函数并用或与最简表达式表达
按下列步骤化简
(1) 求对偶函数
(2)再求反对偶
总结:充分利用所学过的公式、定理和规则逐步化简可以得到满足要求的逻辑表达式。但也可以看出利用公式法化简不直观,有时难度也大,结果是不是符合要求最简表达式也不直观,因此在后续章节会介绍更系统的化简方法。