Saturday 13 October 2012

Digital Logic- Implementation of Boolean Function, by Ng Swee Yan A/P Suresh Kumar


IMPLEMANTATION  OF  BOOLEAN  FUNCTION


F = A’BC’ + A’BC + ABC’[Sum Of Product (SOP)]

A

B
C
F
0

0
0
0
0

0
1
0
0

1
0
1
0

1
1
1
1

0
0
0
1

0
1
0
1

1
0
1
1

1
1
0
Table 1
Boolean function of three variables

SOP Implementation of  Table 1


The  SOP  form  expresses  that  the  output  is  1  if  any  of  the  input  combinations  that  produce  1  is  true.  The  output   is  1  if  none  of  the  input  combinations  that  produce  0  is  true.

F = (A’B’C’)’ • (A’B’C)’ • (AB’C)’ • (A’B’C’)

By  using  generalization  of  DeMorgan’s  Theorem,
( X • Y • Z )’ =  X’ + Y’ + Z’

F = ( A’’ + B’’ + C’’ ) • ( A’’ + B’’ + C’ ) • ( A’ + B’’ + C’’ ) • ( A’ + B’’ +C’ ) • ( A’ + B’ + C’ )
= ( A + B + C ) • ( A + B + C’) • ( A’ + B + C ) • ( A’ + B + C’ ) • ( A’ + B’ +C’ )
[Product  Of  Sum(POS)]



POS  Implementation  of  Table 1



For  clarity,  NOT  gates are not  shown.  Rather, it is  assumed  that each  input  signal  and  its  complement are available.  This  simplified  the  logic  diagram  and  makes  the inputs  to the  gated are  more  readily  apparent.
Boolean  function  can  be  realized  in either  SOP  or  POS  form.  At this  point,  it  would   depend  on  whether  the  truth  table  contains  more  1s  or  0s  for the  output  functions.  SOP  has  one  term  for  each  1,  and the  POS  has  one  term  for  each  0.  However,  there  are  other  considerations:
→  It  is  generally  possible  to  derive  a  simpler  Boolean  expression  from  the  truth  table  than  either  SOP  or  POS.
→  It  may  preferable  to  implement  the  function  with  a  single  gate  type (NAND  or  NOR).
NgSweeYan
The  significant  of  the  first  point  is  that,  with  a  simpler  Boolean  expression,  fewer  gates  will be  needed  to  implement  the  function.  Two  methods  can  be  used  to  achive  simplification.

       I.            - Algebraic  Simplification
    II.            - Karnaugh  Maps


      I.            Algebraic  Simplification

This  involve  the  application  of  identities  to  reduce  Boolean  expression  to one  with  fewer  elements.

Identities of  Boolean  Algebra
Basic  Postulates

A • B  = B • A

A + B = B + A
Commutative  law
A • ( B + C ) = ( A • B ) + ( A • C )

A + ( B • C ) = ( A + B ) • ( A + C )
Distributive  law
1 • A = A

0 + A  = A
Identity  elements
A • A’ =0

A + A’ = 1
Inverse  elements
Other  identities

0 •  A = A

1 + A = 1

A • A = A

A + A = A

A • ( B • C ) = ( A • B ) • C

A + ( B + C ) = ( A + B ) + C
Associative  law
( A • B )’ = A’ + B’

( A + B )’ = A’ • B’
DeMorgan’s  Theorem


Simplified  Implementation  of  Table 1  Boolean function of  three variables




      I.            Karnaugh  Maps

A  convenient  way  of  representing  a  Boolean  function  of  a  small  number  (up  to  four  to  six)  of  variables.  The  maps  is  an  array  of  2n  squares,  representing  the  possible  combinations  of  values  of  n  binary  variables.  It  is  convenient  for  later  purposes  to  list  the  combinations  in  the  order  00,  01,  11,  10.  Because  the  squares  corresponding  to  the  combination  are  used  to  be  recording  information,  the  combinations  are  customarily  written  above  the  squares.  For  three  variables,  the  representation  is  an  arrangement  of  eight  squares.  For  four  variables,  sixteen  squares  are  needed.  Each  square  corresponds  to  a  unique  product  in  the  SOP  form,  with  a  1  value  corresponding  to  the  NOT  of  that  variable.  Given  the  truth  table  of  a  Boolean  function,  it  is  an  easy  matter  to  construct  the  map.  For  each  combination  of  values  of  variables  that  produce  a  result  of  1  in  the  truth  table,  fill  in  the  corresponding  square  of  the  map  with 1.





Once  the  map  of  a  function  is  created,  we  can  often  write  a  simple  algebraic  expression  for  it  by  noting  the  arrangement  of  the  1s  on  the  maps.  The  principle  is  as  follows :  Any  two  squares  that  are  adjacent  differ  in  only  one  of  the  variables.  If  two  adjacent  squares  but  have  entry  of  one,  then  the  corresponding  product  terms  differ  in  only  one  variable.

Example:   In  figure2.            The  use  of   Karnaugh  map   (a),the  two  adjacent  squares  correspond  to  the  two  terms A’BC’D  and   A’BCD.  Thus,  the  function  expressed  is:

A’BC’D  +  A’BCD  =  A’BD
Rules  Of  Simplification:

a)                  Among  the  marked  squares  (Squares  with  a 1),  find  those  that  belong  to  a  unique  largest  block  of  ether  1,  2,  4,  or  8  and  circles  those  blocks.

b)                  Select  additional  blocks  of  marked  squares  that  are  as  large  as  possible  and  as  few  in  number  as  possible,  but  include  every  marked  square  at  least  once.  The  results  may  not  be  unique  in  some  cases.  For  example,  if  a  marked  square  combines  with  exactly  two  others  squares,  and  there  is  no  fourth  marked  square  to  complete  a  larger  group,  then  there  is  a  choice  to  be  made  as  two  groupings  to  choose.  When  you  are  circling  groups,  you  are  allowed  to  use  the  same  1  more  than  once.

c)                  Continue  to  draw  loops  around  single  marked  squares,  or  pairs  of  adjacent  marked  squares,  or  groups  of  four,  eight,  etc.  in  such  a  way  that  every  marked  square  belongs  to  at  least  one  loop;  then  use  as  few  of  these  blocks  as  possible  to include  all  marked  squares.


Written by,
Ng Swee Yan A/P Suresh Kumar
B031210103




No comments:

Post a Comment