卡诺图

在逻辑代数中,卡诺图(Karnaugh map)是真值表的变形,它可以将有n个变量的逻辑函数的2^n个最小项组织在给定的长方形表格中,同时为相邻最小项(相邻与项)运用邻接律化简提供了直观的图形工具。但是,如果需要处理的逻辑函数的自变量较多(有五個或更多的時候,此時有些項就很難圈了),那么卡诺图的行列数将迅速增加,使图形更加复杂。

卡诺图是贝尔实验室的电信工程师莫里斯·卡諾(Maurice Karnaugh)在1953年发明的。

变量卡诺图

  • 表示各最小项的2^n(n-变量数)个小格,排列呈矩形。
  • 小格按“格雷码” 排列,保证最小项间“几何相邻”与“逻辑相邻性”的统一。(几何相邻有“内相邻” “外相邻”和“中心对称”)

函数卡诺图

  • 最小项(\sum_{}m):把函数包含的所有最小项,以“1”填入变量卡诺图对应编号的小格内。
  • 最大项(\prod_{}M):把函数包含的所有最大项,以“0”填入变量卡诺图对应编号的小格内。

用卡诺图化简逻辑函数的步骤

  • 如果表达式为最小项表达式,则可直接填入卡诺图
  • 如表达式不是最小项表达式,但是“与—或表达式”,可将其先化成最小项表达式,再填入卡诺图。也可直接填入。
  • 合并相邻的最小项,即根据下述原则画圈

** 尽量画大圈,但每个圈内只能含有2^n(n=0,1,2,3……)个相邻项。要特别注意对边相邻性和四角相邻性。
** 圈的个数尽量少。
** 卡诺图中所有取值为1的方格均要被圈过,即不能漏下取值为1的最小项。
** 在新画的包围圈中至少要含有1个未被圈过的1方格,否则该包围圈是多余的。

  • 写出化简后的表达式。每一个圈写一个最简与项,规则是,取值为l的变量用原变量表示,取值为0的变量用反变量表示,将这些变量相与。然后将所有与项进行逻辑加,即得最简与—或表达式。

在进行化简时,如果用图中真值为0的项更方便,可以用他们来处理,方法和真值取1时一样,只是结果要再做一次求反。

範例
範例--2變數卡諾圖
File:K-map 2x2 none.svg | Σm(0); K = 0
File:K-map 2x2 1.svg | Σm(1); K = AB
File:K-map 2x2 2.svg | Σm(2); K = AB
File:K-map 2x2 3.svg | Σm(3); K = AB
File:K-map 2x2 4.svg | Σm(4); K = AB
File:K-map 2x2 1,2.svg | Σm(1,2); K = B
File:K-map 2x2 1,3.svg | Σm(1,3); K = A
File:K-map 2x2 1,4.svg | Σm(1,4); K = AB′ + AB
File:K-map 2x2 2,3.svg | Σm(2,3); K = AB′ + AB
File:K-map 2x2 2,4.svg | Σm(2,4); K = A
File:K-map 2x2 3,4.svg | Σm(3,4); K = B
File:K-map 2x2 1,2,3.svg | Σm(1,2,3); K = A + B*′
File:K-map 2x2 1,2,4.svg | Σm(1,2,4); K = A + B
File:K-map 2x2 1,3,4.svg | Σm(1,3,4); K = A′ + B
File:K-map 2x2 2,3,4.svg | Σm(2,3,4); K = A + B
File:K-map 2x2 1,2,3,4.svg | Σm(1,2,3,4); K = 1

範例--4變數卡諾圖
一个4变量卡诺图的例子:

我们可以用两个不同的写法,及四个不同的布尔变量, , , 和他们的相反值,来表示同一个尚未化简的布尔代数:

  • f(A, B, C, D) = \sum_{}m_i, i \in \{6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14\}这个{}m_i是卡诺图的最小项(即圈出来的值i在真值表上显示为1)。
  • f(A, B, C, D) = \prod_{}M_i, i \in \{0, 1, 2, 3, 4, 5, 7, 15\} 这个 M_i 是卡诺图的最大项(即圈出来的值i在真值表上显示为0)。

按照上述卡诺图圈法(不限于上述两种),可知化简结果为AC'+AB'C+BCD'或ABC'+AB'+BCD'

参考文献
引註
来源
; 期刊文章
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