看懂真值表.

1.最小项的基本概念

由A、B、C三个逻辑变量构成的许多乘积项中有八个被称为A、B、C的最小项的乘积项，它们的特点是

1. 每项都只有三个因子

2. 每个变量都是它的一个因子

3. 每一变量或以原变量(Ａ、Ｂ、Ｃ)的形式出现，或以反（非）变量(Ａ、Ｂ、Ｃ)的

形式出现，各出现一次

一般情况下，对ｎ个变量来说，最小项共有2n个，如n＝3时，最小项有23＝8个

2.最小项的性质

为了分析最小项的性质，以下列出３个变量的所有最小项的真值表。

由此可见，最小项具有下列性质：

（1）对于任意一个最小项，只有一组变量取值使得它的值为1，而在变量取其他各组值时，这个最小项的值都是0。

（2）不同的最小项，使它的值为1的那一组变量取值也不同。

（3）对于变量的任一组取值，任意两个最小项的乘积为0。

（4）对于变量的任一组取值，全体最小项之和为1。

3.最小项的编号

最小项通常用m i表示，下标i即最小项编号，用十进制数表示。以ABC为例，因为它和011相对应，所以就称ABC是和变量取值011相对应的最小项，而011相当于十进制中的3，所以把ABC记为m3按此原则，3个变量的最小项

二、逻辑函数的最小项表达式

利用逻辑代数的基本公式，可以把任一个逻辑函数化成一种典型的表达式，这种典型的表达式是一组最小项之和，称为最小项表达式

。下面举例说明把逻辑表达式展开为最小项表达式的方法。例如，要将

化成最小项表达式,这时可利用的基本运算关系,将逻辑函数中的每一项都化成

包含所有变量A、B、C的项，然后再用最小项下标编号来代表最小项，即

又如，要将化成最小项表达式，可经下列几步：

（1）多次利用摩根定律去掉非号，直至最后得到一个只在单个变量上有非号的表达式；

（2）利用分配律除去括号，直至得到一个与或表达式；

（3）在以上第5个等式中，有一项AB不是最小项（缺少变量C），可用乘此项，正如第6个等式所示。

由此可见，任一个逻辑函数都可化成为唯一的最小项表达式。

三、用卡诺图表示逻辑函数

1.卡诺图的引出

一个逻辑函数的卡诺图就是将此函数的最小项表达式中的各最小项相应地填入一个特定的方格图内，此方格图称为卡诺图。

卡诺图是逻辑函数的一种图形表示。

下面从讨论一变量卡诺图开始，逐步过渡到多变量卡诺图。

大家知道，n个变量的逻辑函数有2n个最小项，因此一个变量的逻辑函数有两个最小项。

比如有一个变量Ｄ，其逻辑函数Ｌ的最小项表达式为：

其中Ｄ和是两个最小项，分别记为m1和m0，即m0=D，m1=D。这两个最小项可用两个相邻的方格来表示，如下图所示。方格上的Ｄ和分别表示原变量和非变量。为了简明起见，非变量可以不标出，只标出原变量Ｄ。但是还可以进一步简化，也就是将m0，m1只用其下标编号来表示。

若变量的个数为两个，则最小项个数为22=4项，函数的最小项表达式为

由于有４个最小项，可用４个相邻的方格来表示。这４个方格可以由折叠了的１变量卡诺图展开来获得，如下图所示，变量Ｄ标在图的底下，标的规律符合展开的规律，即中间两

格底下为Ｄ，两边的两格底下为。而变量Ｃ可标在展开后新的两个方格的顶上,以保持左

边的第一格仍为m0项，即维持展开前两方格最小项序号不改变。由图中可看到一个规律：新的方格内最小项的编号比对应的原方格增加了2n-1＝22-1＝2。按照这个规律折叠时，方格1后面为方格３,方格０后面为方格２，展开后即得图示的２变量卡诺图。

综上所述，可归纳“折叠展开”的法则如下：

①新增加的方格按展开方向应标以新变量。

②新的方格内最小项编号应为展开前对应方格编号加2n-1。

按照同样的方法，可从折叠的２变量卡诺图展开获得３变量卡诺图。３变量逻辑函数L(B, C, D)应有８个最小项，可用８个相邻的方格来表示。新增加的４个方格按展开方向应标以新增加的变量B（以区别于原来的变量C、D）。而且，新增加的方格内最小项的编号为展开前对应方格编号加2n-1=23-1=4，这样即可获得３变量卡诺图如下：

同理，可得４变量卡诺图，如下图所示。

在使用时，只要熟悉了卡诺图上各变量的取值情况（即方格外各变量A、B、C、D等取值的区域），就可直接填入对应的最小项。

将上图中的数码编号与最小项的编号——对应，可以得到下面这种形式的卡诺图。

2.卡诺图的特点

上面所得各种变量的卡诺图，其共同特点是可以直接观察相邻项

。也就是说，各小方格对应于各变量不同的组合，而且上下左右在几何上相邻的方格内只有一个因子有差别，这个重要特点成为卡诺图化简逻辑函数的主要依据。在卡诺图水平方向的

同一行里，最左和最右端的方格也是符合上述相邻规律的，例如，m4和m6的差别仅在C和。

同样，垂直方向同一列里最上端和最下端两个方格也是相邻的，这是因为都只有一个因子有差别。这个特点说明卡诺图呈现循环邻接的特性。

3.已知逻辑函数画卡诺图

根据逻辑函数的最小项表达式和卡诺图的一般形式，就可以得到相应的卡诺图。

例如，要画出逻辑函数的卡诺图时，可根据

４变量卡诺图，对上列逻辑函数最小项表达式中的各项，在卡诺图相应方格内填入１，其余填入０，即可得到如下图所示的Ｌ的卡诺图。

例：画出

的卡诺图

解：

（1）利用摩根定律，可以将上式化简为：

（2）因上式中最小项之和为Ｌ，故对Ｌ中的各最小项，在卡诺图相应方格内应填入０，其余填入１，即得下图所示的卡诺图。

四、用卡诺图化简逻辑函数

1.化简的依据

我们知道，卡诺图具有循环邻接的特性，若图中两个相邻的方格均为1，则这两个相邻最小项的和将消去一个变量。

比如４变量卡诺图中的方格５和方格７，它们的逻辑加是

，项消去了变量Ｃ，即消去了相邻方格中不相同的那个因子。若卡诺图中４个相邻的方格为１，则这４个相邻的最小项的和将消去两个变量，如上述４变量卡诺图中的方格２、３、７、６，它们的逻辑加是

消去了变量Ｂ和Ｄ，即消去相邻４个方格中不相同的那两个因子

，这样反复应用的关系，就可使逻辑表达式得到简化。这就是利用卡诺图法化简逻辑函数的某本原理。

2.化简的步骤

用卡诺图化简逻辑函数的步骤如下：

（1）将逻辑函数写成最小项表达式。

（2）按最小项表达式填卡诺图，凡式中包含了的最小项，其对应方格填1，其余方格填0。

（3）合并最小项，即将相邻的1方格圈成一组（包围圈），每一组含2n个方格，对应每个包围圈写成一个新的乘积项。

（4）将所有包围圈对应的乘积项相加。

有时也可以由真值表直接填卡诺图，以上的（1）、（2）两步就合为一步。

画包围圈时应遵循以下原则：

（1）包围圈内的方格数必定是2n个，n等于0、1、2、3、…。

（2）相邻方格包括上下底相邻，左右边相邻和四角相邻。

（3）同一方格可以被不同的包围圈重复包围，但新增包围圈中一定要有新的方格，否则该包围圈为多余。

（4）包围圈内的方格数要尽可能多，包围圈的数目要尽可能少。

化简后，一个包围圈对应一个与项（乘积项），包围圈越大，所得乘积项中的变量越少。实际上，如果做到了使每个包围圈尽可能大

，结果包围圈个数也就会少，使得消失的乘积项个数也越多，就可以获得最简的逻辑函数表达式。下面通过举列来熟悉用卡诺图化简逻辑函数的方法。

例: 一个逻辑电路的输入是４个逻辑变量Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ，它的真值表如下，用卡诺图法求化简的与一或表达式及与非一与非表达式。

解：

（1）由真值表画出卡诺图，如下图所示。

（2）画包围圈合并最小项，得简化的与一或表达式。

（3）求与非一与非表达式。

二次求非然后利用摩根定律得

利用卡诺图表示逻辑函数式时，如果卡诺图中各小方格被１占去了大部分，虽然可用包围１的方法进行化简，但由于要重复利用１项

，往往显得零乱而易出错。这时采用包围０的方法化简更为简单。即求出非函数再对求非，其结果相同，下面举例说明。

例：化简下列逻辑函数

解：

（1）由Ｌ画出卡诺图，如图所示。

（2）用包围１的方法化简，如下图所示，得

所以有：

（3）用包围０的方法化简，如图所示，

根据图得到：，两边去反后可得：

两种方法得到的结果是相同的。

实际中经常会遇到这样的问题，在真值表内对应于变量的某些取值下，函数的值可以是任意的，或者这些变量的取值根本不会出现，这些变量取值所对应的最小项称为无关项或任意项。

无关项的意义在于，它的值可以取０或取１，具体取什么值，可以根据使函数尽量得到简化而定

工作原理:

由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。

由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。

编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。

分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。

信号输出:

信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL 也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。

信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。

如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。

A.B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。

A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。

A、A-，

B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。

对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。

对于HTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300米。

编码器的定义与功能：

在数字系统里，常常需要将某一信息（输入）变换为某一特定的代码（输出）。把二进制码按一定的规律编排，例如8421码、格雷码等，使每组代码具有一特定的含义（代表某个数字或控制信号）称为编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器。编码器有若干个输入，在某一时刻只有一个输入信号被转换成为二进制码。如果一个编码器有N个输入端和n个输出端，则输出端与输入端之间应满足关系N≤2n。例如8线—3线编码器和10线—4线编码器分别有8输入、3位二进制码输出和10输入、4位二进制码输出。

1.4线—2线编码器

下面分析4输入、2位二进制输出的编码器的工作原理。4线—2线编码器的功能如表5.2.1所示。

根据逻辑表达式画出逻辑图如图5.2.1所示。该逻辑电路可以实现如表5.2.1

所示的功能，即当I0～I3中某一个输入为1，输出 Y1Y0即为相对应的代码，例如当I1为1时，Y1Y0为01。这里还有一个问题请读者注意。当I0为1，I1～I3都为0和I0～I3均为0时Y1Y0 都是00，而这两种情况在实际中是必须加以区分的，这个问题留待后面加以解决。当然，编码器也可以设计为低电平有效。

2.键盘输入8421BCD码编码器：

计算机的键盘输入逻辑电路就是由编码器组成。图5.2.2是用十个按键和门电路组成的8421码编码器，其功能如表5.2.2所示，其中S0～S9代表十个按键，即对应十进制数0～9的输入键，它们对应的输出代码正好是8421BCD码，同时也把它们作为逻辑变量，ABCD 为输出代码(A为最高位)，GS为控制使能标志。

对功能表和逻辑电路进行分析，都可得知：①该编码器为输入低电平有效；②在按下S0～S9中任意一个键时,即输入信号中有一个为有效电平时，GS＝1，代表有信号输入，而只有S0～S9均为高电平时GS＝0，代表无信号输入,此时的输出代码0000为无效代码。由此解决了前面提出的如何区分两种情况下输出都是全0的问题。

综上所述，对编码器归纳为以下几点：

1.编码器的输入端子数N（要进行编码的信息的个数）与输出端子数n（所得编码的位数）之间应满足关系式N≤2n。

2.编码器的每个输入端都代表一个二进制数、十进制数或其它信息符号，而且在N个输入端中每次只允许有一个输入端输入信号（输入低电平有效或输入高电平有效），输出为相应的二进制代码或二－十进制代码（BCD码）。

3.正确使用编码器的控制端，可以用来扩展编码器的功能。

一、光电编码器的工作原理

光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目

前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分

地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发

光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光

电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差

90o的两路脉冲信号。

根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分

为增量式、绝对式以及混合式三种。

（一）增量式编码器

增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90o，从而可

方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均

寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝

对位置信息。

（二）绝对式编码器

绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和

不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位

数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根

据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意

位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N位

二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。

绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式

编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编

码，检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是：

1．可以直接读出角度坐标的绝对值；

2．没有累积误差；

3．电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，

目前有10位、14位等多种。

（三）混合式绝对值编码器

混合式绝对值编码器，它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完

全同增量式编码器的输出信息。

光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的

电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台

、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。

二、光电编码器的应用电路

（一）EPC－755A光电编码器的应用

EPC－755A光电编码器具备良好的使用性能，在角度测量、位移测量时抗干扰能力很强，并具有稳定可靠

的输出脉冲信号，且该脉冲信号经计数后可得到被测量的数字信号。因此，我们在研制汽车驾驶模拟器

时，对方向盘旋转角度的测量选用EPC－755A光电编码器作为传感器，其输出电路选用集电极开路型，输

出分辨率选用360个脉冲/圈，考虑到汽车方向盘转动是双向的，既可顺时针旋转，也可逆时针旋转，需

要对编码器的输出信号鉴相后才能计数。图2给出了光电编码器实际使用的鉴相与双向计数电路，鉴相电