卡諾圖簡單邏輯化簡與五變量卡諾圖化簡


一、格雷碼編碼規則

       畫卡諾圖的時候需要先將所有變量可能以格雷碼的形式排列在方格兩側,所有變量有2^n個,雖然我們常用的變量為四個及以下,可以熟記格雷碼,但為了學習還是有必要了解格雷碼的編碼規則。格雷碼的基本特點就是任意兩個相鄰的代碼只有一位二進制數不同,這樣在數字電路中變化時每次就只有一位發生變化,提高了電路的穩定性。

        

規則:

       自然二進制數到格雷碼: 保留二進制碼的最高位作為格雷碼的最高位,而次高位格雷碼為二進制碼的高位與次高位相異或,而格雷碼其余各位與次高位的求法相類似。

       格雷碼到自然二進制數:保留格雷碼的最高位作為自然二進制碼的最高位,而次高位自然二進制碼為高位自然二進制碼與次高位格雷碼相異或,而自然二進制碼的其余各位與次高位自然二進制碼的求法相類似。

        以一個四位二進制數來舉例,二進制(abcd),依據規則轉換為格雷碼就是【a, (a^b), (b^c), (c^d)】, 依據規則繼續轉化二進制的話就是 【a, (a^a^b), (a^a^b^b^c), (a^a^b^b^c^c^d)】,化簡之后仍然可以得到(abcd)。


 

二、卡諾圖簡單邏輯化簡

        邏輯化簡的實際目標是盡可能地減少表達式中包含的項數以及各項包含的變量數。

此圖即為基本卡諾圖的形式,如何畫就不在贅述,兩側變量依據格雷碼形式,目的就是畫卡諾圈將里面的1全都包括在內,卡諾圈盡量大,卡諾圈的數量盡量少。

         (a)卡諾圖上處在相鄰、相對、相重位置的小方格所代表的最小項為相鄰最小項。

         (b)兩個小方格相鄰, 或處於某行(列)兩端時,所代表的最小項可以合並,合並后可消去一個變量。

           (c)   四個小方格組成一個大方格、或組成一行(列)、或處於相鄰兩行(列)的兩端、或處於四角時,所的表的最小項可以合並,合並后可消去兩個變量。

           (d)  八個小方格組成一個大方格、或組成相鄰的兩行(列)、或處於兩個邊行(列)時,所代表的最小項可以合並,合並后可消去三個變量。

對於方格中帶有未知變量x的,是可圈可不圈的,依據自己實際情況而定。


 

五變量卡諾圖化簡:

        五變量以下最多十六方格,可輕易用上述方法得到。六變量以上方格過多,用此方法反倒麻煩。我也是通過找資料學習這兩個變量的化簡方法,分享給大家。習慣上我們會自然而然的將五變量分為二變量和三變量寫在方格的兩側,可有時上述規則就會變得並不適用。比如下面這個例子。

ab\cde 000 001 011 010 110 111 101 100
00                
01   1 1 1 1      
11                
10                

                                                                 化簡之后並不能夠消去兩個變量,只能消去一個變量。六變量卡諾圖化簡也存在可能出現這些問題。


 

五變量卡諾圖化簡

它是由四變量最小項圖構成的,將左邊的一個四變量卡諾圖按軸翻轉 180 °而成。左邊的一個四變量最小項圖對應變量 =0 ,軸左側的一個對應 =1 。這樣一來除了幾何位置相鄰的小方格滿足鄰接條件外,以軸對稱的小方格也滿足鄰接條件,這一點需要注意。圖中最小項編號按變量高低位的順序為 EABCD 排列時,所對應的二進制碼確定。

此時要注意列上變量排列的左右對稱關系,對於既不含 E非也不含 的與項,可以填入 E非四變量卡諾圖中然后以中間軸翻轉 180 °,在 四變量卡諾圖中對稱位置也填上“ 1 ”。舉例說明如下。

上面那句話比較抽象,

意思如圖所示。


 


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