5.数电复刻 之 化简

可以说数电这一章所有的知识,终极目标还是在化简问题上

化简方法:


首先定义化简的最简形式:

最简“与或”:1.最少的积项;2.每个积项最少的变量

最简“或与”:1.最少的和项;2.每个和项最少的变量

1.公式法


a. 对于“与或”形式
有下面这几个公式

1.并项: AB + AB' = A
2.吸收: A + AB =  A 
3.消项: AB + A'C +BCD = AB + A'C
(消去的项必须包含前面两项中不是互为非的两个变量BC,可以多其他项)
4.消因子: A + A'B = A + B
5.配项: A + A = A
  		 A + 0 = A
  		 A * 1 = A
总结思路:
1.查看有没有 哪一项 完全是另外一项的一部分 运用吸收去掉一些项
2.查看有没有 哪一项 完全是另外一项的一部分取非 运用消去因子去掉一些因子
3.尝试合并一些项 没有效果就不要强行合 
4.查看两项中有相反因子的时候,有没有可以消去的项
(必须包含除去相反项的其他每个变量)出现两个相反变量乘在一起的就放弃这思路(摩根)
5.实在没办法再配项

例题:
eg .
1.
Y = AB’C + A’BC +ABC’ + ABC
a 考虑加两项ABC,则前三项每个加ABC
原式 = AC + BC + AB
b 不加ABC,后两个合并为AB
原式 = AB’C + AB + A’BC +AB= A(B+B’C) + B(A’C +A) = A(B+C) + B(A+C)
2.
Y =AC+B’C+BD’ +CD’+A(B+C’) +A’BCD’+AB’DE
a 拆开括号,合并得到A
= A{AC+AC’得到}+ B’C +BD’ + AB +A’BCD’ +AB’DE
=A + B’C + BD’ + A’BCD’
=A + B’C + BD’
b 括号看成 (B’C)’
=AC + B’C +BD’ +CD’ + A +A’BCD’ +AB’DE
=A+B’C+BD’
3.
Y = AB’ + A’B +BC’ + B’C
化成最小项
原式 = AB’C + AB’C’ +A’BC +A’BC’ +A’B’C’ + ABC’
=A’B + B’C + AC’

对于简单式子的化简,找不到思路时 化最小项是一个不错的想法
b. 对于“或与”形式

前面知道,最小项和最大项只有一个非的差距,同时最小项就是与或,最大项就是或与

A(A+B)=A
A(A'+B)=AB

我们大家应该都是看与或式比较习惯吧,所以建议还是求一次对偶,化成与或式得到答案,再求一次对偶,还原得到最终答案


这里对偶强调一下,是那个变量不取非的情况



2.卡诺图

我们前面知道了一个点:
相邻的项可以合并消去一个因子

同时我们发现上面的化简太依赖个人经验了,对于工业来说这是不可能容忍的,所以出现了流水线模式的求解最简:卡诺图

卡诺图其实就是秉持一个思想:讲逻辑上的相邻项真正意义上组合到几何位置的相邻:

所以下面看看卡诺图:

两个变量
   0   1
0
1

3个变量
  00 01 11 10 
0
1

4个变量
   00  01  11  10
00
01
11
10

5个变量
    000 001 011 111 101 100
00 
01
11
10

从这表中我们得以看到,他横纵对应的二进制都只有一个变量不同,这样就可以保证相邻
项是靠在一起的(当然必须看到最边上的两列 也是只有一个变量不同,所以他也是相邻的)

其实我们会发现,卡诺图其实是一个对称图,关于中心线对称的两列/行都是相邻的,比如
五变量时候的001列和101列

规律:
1.n个变量的卡诺图是n-1个变量的卡诺图翻倍
2.卡诺图关于中线对称的行和列都是相邻的

所以我们发现到了五个变量的时候,卡诺提已经失去了他原本的几何位置相邻的是相邻项的优势



卡诺图求解最简

要求:
1.每个圈只能圈住2n个1(2,4,8…)不能是单数
2.圈要尽可能少
3.一个圈要尽可能圈住多个1
4.圈只能圈矩形(不能是多边形)

每个圈相当于一个 与
每个圈 = 内部变量的共同部分

注意:

卡诺图的本质含义是:对相邻项,消去其中不一样的那个变量

对于一长列4个,只对于44的矩阵,所以说,其实对一列/行,的情况,要么是2个,要么是满列或者行,不存在例如5个变量是48,不存在一行圈4个的情况

圈规则:

1.包含个数必须是 2n
2.必须是相邻项,几何相邻+对称相邻
3.一个圈保留公共部分
4.圈竟可能少,圈住的竟可能多


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