數(shù)字電路 第二章 邏輯代數(shù)基礎(chǔ)

數(shù)字電路第二章邏輯代數(shù)基礎(chǔ)第一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三§2.1概述數(shù)字電路要研究的是電路的輸入輸出之間的因果關(guān)系,也就是邏輯關(guān)系，所以數(shù)字電路又稱邏輯電路，相應(yīng)的研究工具是邏輯代數(shù)（邏輯代數(shù)是19世紀(jì)中葉英國數(shù)學(xué)家布爾首先提出的，所以又叫布爾代數(shù)）。邏輯關(guān)系是如何來表述的呢？第二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三§2.2邏輯函數(shù)2.2.1基本邏輯關(guān)系與邏輯代數(shù)如果決定某一件事F發(fā)生或成立與否的條件有多個(gè),分別用A、B、C表示，并規(guī)定：F＝“1”代表事件發(fā)生（或成立)，F(xiàn)＝“0”代表事件不發(fā)生（或不成立)；第三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三A＝B＝C＝“1”

代表?xiàng)l件具備，A＝B＝C＝“0”代表?xiàng)l件不具備；“1”“0”邏輯1邏輯0正邏輯，負(fù)邏輯那麼F與ABC之間就有以下三種基本的邏輯關(guān)：第四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三1.“與”邏輯A、B、C都具備時(shí)，事件F才發(fā)生。EFABC&ABCF邏輯符號AFBC00001000010011000010101001101111邏輯式：F=A?B?C邏輯乘法邏輯與真值表邏輯函數(shù)邏輯變量第五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.“或”邏輯A、B、C只有一個(gè)具備時(shí)，事件F就發(fā)生。1ABCF邏輯符號AEFBCAFBC00001001010111010011101101111111邏輯式：F=A+B+C邏輯加法邏輯或真值表第六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三3.“非”邏輯A具備時(shí)，事件F不發(fā)生；A不具備時(shí)，事件F發(fā)生。邏輯符號AEFRAF邏輯非邏輯反真值表AF0110第七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三4.幾種常用的邏輯關(guān)系邏輯“與”、“或”、“非”是三種基本的邏輯關(guān)系，任何其它的邏輯關(guān)系都是在此基礎(chǔ)上發(fā)展的。與非：全1則0，任0則1。&ABCF第八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三或非：任1則0，全0則1。

1ABCF異或：條件A、B有一個(gè)具備，另一個(gè)不具備則F發(fā)生。=1ABCF第九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三標(biāo)準(zhǔn)符號慣用符號國外符號&ABCFABCFABCF≥1ABCF+ABCFABCF1AFAFAF＝1ABFABFABF第十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三5.幾種基本的邏輯運(yùn)算從三種基本的邏輯關(guān)系，我們可以得到以下邏輯運(yùn)算：0?0=0?1=1?0=01?1=10+0=00+1=1+0=1+1=1第十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三§2.3邏輯代數(shù)的基本定律和規(guī)則一、基本運(yùn)算規(guī)則A+0=AA+1=1A?0=0?A=0A?1=A第十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三二、基本代數(shù)規(guī)律交換律結(jié)合律分配律A+B=B+AA?B=B?AA+(B+C)=(A+B)+C=(A+C)+BA?(B?C)=(A?B)?CA(B+C)=A?B+A?CA+B?C=(A+B)(A+C)普通代數(shù)不適用!第十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三三、吸收規(guī)則1.原變量的吸收：A+AB=A證明：A+AB=A(1+B)=A?1=A利用運(yùn)算規(guī)則可以對邏輯式進(jìn)行化簡。例如：被吸收第十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.反變量的吸收：證明：例如：被吸收第十五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三3.混合變量的吸收：證明：例如：1吸收第十六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三4.反演定理：可以用列真值表的方法證明：提供了一個(gè)求反函數(shù)的途徑所以是一條重要的定律異或求反第十七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三注意：A＋B＝A＋CA?B=A?C未必有B＝C未必有B＝C邏輯代數(shù)中沒有減法與除法。第十八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三§2.4邏輯函數(shù)的表示法將輸入、輸出的所有可能狀態(tài)一一對應(yīng)地列出。2.4.1真值表注意：n個(gè)變量可以有2n個(gè)組合，一般按二進(jìn)制的順序，輸出與輸入狀態(tài)一一對應(yīng)，列出所有可能的狀態(tài)。第十九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.4.2邏輯函數(shù)式邏輯代數(shù)式：把邏輯函數(shù)的輸入、輸出關(guān)系寫成與、或、非等邏輯運(yùn)算的組合式。也稱為邏輯函數(shù)式，通常采用“與或”的形式。例：最小項(xiàng)：若表達(dá)式中的乘積包含了所有變量的原變量或反變量，則這一項(xiàng)稱為最小項(xiàng)。邏輯相鄰：若兩個(gè)最小項(xiàng)只有一個(gè)變量以原、反區(qū)別，則稱它們邏輯相鄰。上例中每一項(xiàng)都是最小項(xiàng)。第二十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三邏輯相鄰邏輯相鄰的項(xiàng)可以合并，消去一個(gè)因子第二十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.4.3卡諾圖卡諾圖的構(gòu)成：將n個(gè)輸入變量的全部最小項(xiàng)用小方塊陣列圖表示，并且將邏輯相臨的最小項(xiàng)放在相臨的幾何位置上，所得到的陣列圖就是n變量的卡諾圖?？ㄖZ圖的每一個(gè)方塊（最小項(xiàng)）代表一種輸入組合，并且把對應(yīng)的輸入組合注明在陣列圖的上方和左方。第二十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三ABCD0001111000011110四變量卡諾圖編號為0010的單元對應(yīng)于最小項(xiàng)：ABCD=0100時(shí)函數(shù)取值函數(shù)取0、1均可，稱為無所謂狀態(tài)。只有一項(xiàng)不同AB0101兩變量卡諾圖ABC0001111001三變量卡諾圖第二十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三有時(shí)為了方便，用二進(jìn)制對應(yīng)的十進(jìn)制表示單元格的編號。單元格的值用函數(shù)式表示。ABC0001111001F(A,B,C)=(1,2,4,7)1,2,4,7單元取1，其它取0ABCD0001111000011110四變量卡諾圖單元格的編號第二十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.4.4邏輯圖把相應(yīng)的邏輯關(guān)系用邏輯符號和連線表示出來，就構(gòu)成了邏輯圖。&AB&CD1FF=AB+CD第二十五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三§2.5邏輯函數(shù)的兩種化簡法2.5.1利用邏輯代數(shù)的基本公式例1：反變量吸收提出AB=1提出A第二十六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三例2：反演配項(xiàng)被吸收被吸收第二十七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三？AB=ACB=C?A+B=A+CB=C?請注意與普通代數(shù)的區(qū)別！第二十八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.5.2利用卡諾圖化簡ABC0001111001第二十九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三ABC0001111001ABBCF=AB+BC化簡過程：第三十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三利用卡諾圖化簡的規(guī)則1.相鄰單元的個(gè)數(shù)是2N個(gè)，并組成矩形時(shí)，可以合并。ABCD0001111000011110ADABCD0001111000011110第三十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.先找面積盡量大的組合進(jìn)行化簡，可以減少每項(xiàng)的因子數(shù)。3.各最小項(xiàng)可以重復(fù)使用。4.注意利用無所謂狀態(tài)，可以使結(jié)果大大簡化。5.所有的1都被圈過后，化簡結(jié)束。6.化簡后的邏輯式是各化簡項(xiàng)的邏輯和。第三十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三例1：化簡F(A,B,C,D)=(0,2,3,5,6,8,9,10,11,12,13,14,15)ABCD0001111000011110A第三十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三例2：化簡ABCD0001111000011110ABD第三十四頁，共三十七頁，編輯于2023年