基于表格法化簡邏輯函數

基于表格法化簡邏輯函數

在設計邏輯電路圖時，由真值表直接得到的函數往往比較復雜。代數法和卡諾圖法等方法對于變量數目較多的邏輯函數則效果不佳，本文介紹一種可以化簡復雜邏輯函數的方法──表格法，該方法可以對變量數目較多的邏輯函數也可以進行化簡。

2、原理

在介紹化減法之前，先說明三個概念：

蘊涵項──在函數的任何積之和式中，每個乘積項稱為該函數的蘊涵項。對應于卡諾圖中的任一標1單元(最小項)以及2^m個相鄰單元所形成的圈都是函數的蘊涵項。

素項──若函數的一個蘊涵項不是該函數中其它蘊涵項的一個子集，則此蘊涵項稱為素蘊涵項，簡稱素項。

實質素項──若函數的一個素項所包含的某一最小項，不包括在該函數的其它任何素項中則此素項稱為實質素蘊涵項，簡稱實質素項。

列表化簡法的基本原理是利用邏輯函數的最小項，通過對相鄰最小項的合并，消去多余變量因子，獲得邏輯函數的最簡式的。列表化簡法的思路是先找出給定函數F的全部素項，然后找出其中的實質素項；若實質素項不能覆蓋F的所有最小項，則進一步找出所需素項，以構成F的最簡素項集。

下面用列表化簡法將下列函數化簡為最簡與或表達式。

F(A,B,C,D)＝Σ(0,3,4,5,6,7,8,10,11)

3、建立素項表

首先，找出給定函數的全部素項。

(1)先將每個最小項所對應的二進制數按其“1”的個數分組得表1；

表1 最小項

組號

項號

二進制數

0

0

0000

1

4

8

0100

1000

2

3

5

6

10

0011

0101

0110

1010

3

7

11

0111

1011

　

(2)將表1中的相鄰兩個組之間二進制數進行比較、合并得到一次化簡結果，稱為一次乘積項，其項號記為i(j－i)，其中i為最小項中的小項號，j為最小項中的大項號，得表2；

表2 一次乘積項

組號

項號

二進制數

0

a₀(4)

b₀(8)

0-00

-000

1

4(1)

4(2)

c₈(2)

010-

01-0

10-0

2

d₃(4)

e₃(8)

5(2)

6(1)

f₁₀(1)

0-11

-011

01-1

011-

101-

　

(3)再將表2中的相鄰兩組內的二進制數進行比較、合并、便得到第二次化簡結果，稱為二次乘積項，其項號記為i(n,m)，其中i為兩個一次乘積項中的小項號，n為原最小項的項號差，m為一次乘積項的項號差，得表3；

表3 二次乘積項

組號

項號

二進制數

1

g₄(1,2)

4(2,1)

01--

01--

　

不能與其它一次乘積項合并的一次乘積項是素項，分別以a,b,c,d,e,f記之，不能合并的二次乘積項也是素項，以g記之。

4、實質素項

建立實質素項產生表，找出實質素項。

先用×標出每個素項覆蓋最小項的情況，再找出實質最小項5、6，在×上標括號以示區別，可找出對應實質素項g，在其前標*，最后一行用“V”標出實質素項覆蓋最小項的情況，可看出還有最小項0、3、8、10、11未被覆蓋。如表4所示。

表4實質素項產生式

最小項

素項

0

3

4

5

6

7

8

10

11

a₀(4)

X

　

X

　 　 　 　 　 　

b₀(8)

X

　 　 　 　 　

X

　 　

c₈(2)

　 　 　 　 　 　

X

X

　

d₃(4)

　

X

　 　 　

X

　 　 　

e₃(8)

　

X

　 　 　 　 　 　

X

f₁₀(1)

　 　 　 　 　 　 　

X

X

*g₄(1,2)

　 　

X

X

X

X

　 　 　

覆蓋情況

　 　

V

V

V

V

　 　 　

　

5、素項產生式

第三步：建立所需素項產生表，找出所需素項，所需素項集應覆蓋所有未被實質素項覆蓋的最小項，得表5。再用行列消去法來找，選優勢行b₀(8)，e₃(8)，劃去劣勢行a₀(4)及d₃(4)得表6，再選最小項為0、3的劣勢列，劃去最小項為8，11的優勢列，得表7。找出新的實質素項b，e，取該兩項作為所需素項后，尚有最小項10未被覆蓋，可選取c或f求得所需素項集為(b,e,c)或(b,e,f)，

表5

最小項

素項

0

3

8

10

11

a₀(4)

Ｘ

　 　 　 　

b₀(8)

Ｘ

　

Ｘ

　 　

c₈(2)

　 　

Ｘ

Ｘ

　

d₃(4)

　

Ｘ

　 　 　

e₃(8)

　

Ｘ

　 　

Ｘ

f₁₀(1)

　 　 　

Ｘ

Ｘ

　

表6

最小項

素項

0

3

8

10

11

b₀(8)

X

　

X

　 　

c₈(2)

　 　

X

X

　

e₃(8)

　

X

　 　

X

f₁₀(1)

　 　 　

X

X

　

表7

最小項

素項

0

3

10

**b₀(8)

(X)

　 　

c₈(2)

　 　

X

**e₃(8)

　

(X)

　

f₁₀(1)

　 　

X

得F＝g＋b＋c＋e＝AB＋BCD＋ABD＋BCD

或F＝g＋b＋e＋f＝AB＋BCD＋BCD＋ABC

6、結論

通過上面介紹可以看出，邏輯化簡能否以最快的速度進行，從而得到最簡的邏輯表達式，與化簡者的經驗和對公式、方法掌握與運用的熟練程度有密切關系；而列表化簡法思路清晰、準確，有規律可循，可得到多種可能答案，但化簡過程比較繁瑣，適宜于用微機處理并實現。

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