29
Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: Dr. Ahmed ElShafee Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I ١ Determination of Minimum Expansions Using Essential Prime Implicants Cover: A switching function f(x1,x2,…,xn) is said to cover another function g(x1,x2,…,xn), if f assumes the value 1 whenever g does. Implicant : Given a function F of n variables, a product term P is an implicant of F iff for every combination of values of the n variables for which P=1 , F is also equal 1.That is, P=1 implies F=1. Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I ٢

Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Lecture (09)Karnaugh Maps 2

By:

Dr. Ahmed ElShafee

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I١

Determination of Minimum Expansions Using Essential Prime Implicants

• Cover: A switching function f(x1,x2,…,xn) is said to

cover another function g(x1,x2,…,xn), if f assumes the

value 1 whenever g does.

• Implicant : Given a function F of n variables, a

product term P is an implicant of F iff for every

combination of values of the n variables for which

P=1 , F is also equal 1.That is, P=1 implies F=1.

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٢

Page 2: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

• Prime Implicant: A prime implicant of a

function F is a product term implicart which is no

longer an implicant if any literal is deleted from it.

• Essential Prime Implicant: If a minterm is

covered by only one prime implicant, then that prime

implicant is called an essential prime implicant.

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٣

• On a Karnaugh Map

Any single 1 or any group of 1’s (2k 1’s, k=0,1,2,…)

which can be combined together on a map of the

function F represents a product term which is

called an implicant of F.

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٤

Page 3: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

• A product term implicant is called a prime implicant if it cannot be combined with another term to eliminate a variable.

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٥

• If a minterm is covered by only one prime implicant,

then that prime implicant is called an essential

prime implicant.

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٦

Page 4: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Examples

• f=wx+yz, 

• g=wxy’

• g=1 (w=1,x=1,y=0) 

• implies 

• f=1.1+0.z=1, 

• f covers g.

• g is a product term, g is an implicant of f.

• g is not a prime implicant. 

• The literal y’ is deleted from wxy’, the resulting term wx is also an implicant of f.

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٧

• f=wx+yz, 

• h=wx is a prime implicant. 

• The deletion of any literal (w or x) results a new product (x or w) which is not covered by f. 

• [w=1 does not imply f=1 (w=1,x=0,y=0,z=0 imply f=0)]

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٨

Page 5: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Example:

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٩

111

11

1

11

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I١٠

00 01 11 1000

01

11

10

abcd

Page 6: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

111

11

1

11

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I١١

00 01 11 1000

01

11

10

abcd

111

11

1

11

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I١٢

00 01 11 1000

01

11

10

abcd

Page 7: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

• The minimum sum‐of‐products expression for a

function consists of some (but not necessarily all) of

the prime implicants of a function.

• A sum‐of‐products expression consisting a term which

is not a prime implicant cannot be minimum.

• The essential prime implicant must be included in the

minimum sum‐of‐products.

• In order to find the minimum sum‐of‐products from a

map, we must find a minimum number of prime

implicants which cover all of the 1’s on the map.

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I١٣

Example:

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I١٤

11

111

111

11

00 01 11 1000

01

11

10

abcd

Page 8: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I١٥

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I١٦

Page 9: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I١٧

Example

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I١٨

11

1111

111

00 01 11 1000

01

11

10

abcd

Page 10: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I١٩

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٢٠

Essential prime implicates: BD,B′’C, AC

Page 11: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٢١

Example

• Simplify the function

• f (A, B,C,D) = Σm(0,1,2,4,5,7,11,15).

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٢٢

Page 12: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

• f (A, B,C,D) = Σm(0,1,2,4,5,7,11,15).

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٢٣

11

11

111

1

00 01 11 1000

01

11

10

abcd

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٢٤

Page 13: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Example

• Simplify the function

• f (A, B,C,D) = Σm(4,5,6,8,9,10,13) + Σd(0,7,15)

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٢٥

• f (A, B,C,D) = Σm(4,5,6,8,9,10,13) + Σd(0,7,15)

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٢٦

11x

111

xx

11

00 01 11 1000

01

11

10

abcd

Page 14: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٢٧

Example

• Find min min‐terms expansion 

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٢٨

1

111

111

1

00 01 11 1000

01

11

10

abcd

Page 15: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٢٩

1

111

111

1

00 01 11 1000

01

11

10

abcd

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٣٠

Page 16: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Other forms of 5‐Variable Karnaugh Maps•

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٣١

Example

• F(A,B,C,D,E) = Σm(0,1,4,5,13,15,20,21,22,23,24,26,28,30,31)

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٣٢

00 01 11 1000

01

11

10

bcde 00 01 11 10

00

01

11

10

bcde

A=0A=1

Page 17: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٣٣

Example

• F(A,B,C,D,E) = Σm(0,1,3,8,9,14,15,16,17,19,25,27,31)

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٣٤

00 01 11 1000

01

11

10

bcde 00 01 11 10

00

01

11

10

bcde

A=0A=1

Page 18: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٣٥

Quine‐McCluskeyMethodDetermination of Prime Implicants• the function must be given as a sum of minterms.

• all of the prime implicants of a function are systematically formed by combining minterms

To reduce the required number of comparisons, the binary minterms are sorted into groups according to the number of 1’s in each term

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٣٦

Page 19: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٣٧

• Two terms in any two groups can be combined as they differ in exactly one variable.

• First, we will compare the term in group 0 with all of the terms in group 1. 

• Terms 0000 and 0001 can be combined to eliminate the fourth variable, which yields 000–.

• Similarly, 0 and 2 combine to form 00–0 (a′b′d′), and 0 and 8 combine to form –000 (b′c′d′). The resulting terms are listed in Column II

• the corresponding decimal numbers differ by a power of 2 (1, 2, 4, 8, etc.).

• A term may be used more than once because X + X = X.Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2016, Logic Design٣٨

Page 20: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Example

• Find all of the prime implicants of the function

• f (a,b,c,d) = Σm(0,1,2,5,6,7,8,9,10,14)

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٣٩

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2016, Logic Design٤٠

Page 21: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2016, Logic Design٤١

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2016, Logic Design٤٢

Page 22: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2016, Logic Design٤٣

The terms which have not been checked off because they cannot be combined with other terms are called prime implicants.

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٤٤

Page 23: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

• All prim implicante

• Minimum form ???

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٤٥

The Prime Implicant Chart

• The minterms of the function are listed across the top of the chart, and the prime implicants are listed down the side.

• If a prime implicant covers a given minterm, an X is placed at the intersection of the corresponding row and column.

• If a minterm is covered by only one prime implicant, then that prime implicant is called an essential prime implicant

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٤٦

Page 24: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٤٧

• A minimum set of prime implicants must now be chosen to cover the remaining columns

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2016, Logic Design٤٨

Page 25: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

• A minimum set of prime implicants must now be chosen to cover the remaining columns

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2016, Logic Design٤٩

Example

• A prime implicant chart which has two or more X’s in every column is called a cyclic

• prime implicant chart. The following function has such a chart

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2016, Logic Design٥٠

Page 26: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

• Derivation of prime implicants:

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2016, Logic Design٥١

• Select P1 first.

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2016, Logic Design٥٢

Page 27: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

• Select P2 first.

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٥٣

Simplification of IncompletelySpecified Functions•

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٥٤

Page 28: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

Example

• Simplify

• F(A,B,C,D) = Σm(2,3,7,9,11,13) + Σ d(1,10,15)

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٥٥

• Treat the don’t cares (1,10,15) as required minterms

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٥٦

F(A,B,C,D) = Σm(2,3,7,9,11,13) + Σ d(1,10,15)

Page 29: Lecture (09) Karnaugh Maps 2 - Dr. Ahmed ElShafee - …draelshafee.net/Spring2017/logic-design-1---lecture-09.pdf ·  · 2017-05-01Lecture (09) Karnaugh Maps 2 By: ... Given a function

• The don’t cares are not list at the top of the table

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٥٧

F(A,B,C,D) = Σm(2,3,7,9,11,13) + Σ d(1,10,15)

Thanks,..

See you next week (ISA),…

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2017, Logic Design I٥٨