Post on 17-Jul-2020
Sistemas Digitais Módulo 6
Mapas de Karnaugh
Graduação em Sistemas de Informação
Prof. Dr. Daniel A. Furtado
Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Computação
Mapa de Karnaugh
Método gráfico para simplificar expressão lógicas;
Teoricamente, o método pode ser utilizado para simplificar expressões com qualquer número de variáveis de entrada;
Na prática, o método é comumente utilizado para simplificar expressões de até 6 variáveis;
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Mapa de Karnaugh
Assim como uma tabela verdade, o método é uma forma de relacionar todos os possíveis valores que as variáveis de entrada podem assumir e os respectivos resultados da expressão lógica;
Cada combinação de valores das variáveis é apresentada como uma célula (ou quadrado) dentro de um mapa de possibilidades, onde todas as linhas e colunas recebem uma subexpressão como rótulo;
Considere a expressão lógica x = A B + A B, representada pela tabela verdade a seguir:
1 0
0 1
A B X
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1
A B
AB
A
A
B B
Mapa correspondente para duas variáveis Tabela verdade
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Mapa de Karnaugh
Cada linha na tabela-verdade corresponde a uma célula no mapa;
O valor 1 em uma célula do mapa indica que o produto das variáveis nas respectivas linha e coluna resulta em 1 (𝑥 = 1);
O valor 0 em uma célula indica que a respectiva combinação de variáveis resulta em 0 (𝑥 = 0).
1 0
0 1
A B X
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1
A B
AB
A
A
B B
Mapa para duas variáveis Tabela verdade
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Mapas para 2, 3 e 4 Variáveis
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A
A
B B
Mapa para duas variáveis
A B
A B
AB
AB
C C
Mapa para três variáveis A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
Mapa para quatro variáveis
Mapa com 3 Variáveis As linhas do mapa são nomeadas de tal forma que os nomes adjacentes
diferem em apenas uma variável; a mesma regra se aplica para nomeação das colunas;
Consequentemente, duas células adjacentes quaisquer também terão expressões que diferem em apenas uma variável;
1 0
0 0
0 0
1 1
A B
A B
AB
AB
C C A B C 𝒙
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 1 0
A B C
𝐀𝐁 𝐂
AB C
𝐀𝐁 𝐂 AB C
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Mapa com 3 Variáveis Duas células conectadas horizontal ou verticalmente são consideradas
células adjacentes;
Entretanto, cada célula da linha superior também é considerada adjacente à célula correspondente na linha inferior, pois as expressões se diferem em apenas uma variável (pode-se imaginar que a parte superior foi “dobrada” de modo a tocar a parte inferior);
A mesma ideia se aplica para as células da primeira e última coluna;
1 0
0 0
0 0
1 1
A B
A B
AB
AB
C C
Células adjacentes
Células adjacentes
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Mapa com 4 Variáveis A B C D 𝒙
0 0 0 0 0
0 0 0 1 0
0 0 1 0 1
0 0 1 1 0
0 1 0 0 1
0 1 0 1 0
0 1 1 0 1
0 1 1 1 1
1 0 0 0 0
1 0 0 1 0
1 0 1 0 1
1 0 1 1 0
1 1 0 0 0
1 1 0 1 0
1 1 1 0 0
1 1 1 1 0
A B CD
0 0 0 1
1 0 1 1
0 0 0 0
0 0 0 1
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
A BC D
A BCD
A BCD
AB CD
𝑥 = A B CD + A BC D + A BCD + A BCD + AB CD
OR dos quadrados que contêm 1
Células adjacentes
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Agrupamento e Simplificação – Pares
A expressão de saída pode ser simplificada combinando adequadamente os grupos de 1’s adjacentes;
Qualquer par de 1’s adjacentes pode ser agrupado para eliminar a variável que aparece nas formas complementada e não complementada;
0 0
1 0
1 0
0 0
A B
A B
AB
AB
C C
x = A BC + ABC = BC
0 0
1 1
0 0
0 0
A B
A B
AB
AB
C C
x = A BC + A BC = A B
1 0
0 0
0 0
1 0
A B
A B
AB
AB
C C
x = A B C + AB C = B C
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Agrupamento e Simplificação – Pares
0 0 1 1
0 0 0 0
0 0 0 0
1 0 0 1
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
A B C
AB D
x = A B CD + A B C + AB C D + AB CD
Expressão original
Os termos simplificados resultantes de cada agrupamento devem ser conectados por operações OR para formação da expressão simplificada final.
x = A B C + AB D
Expressão simplificada
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Agrupamento e Simplificação – Quartetos
Um grupo de quatro 1’s adjacentes é denominado quarteto;
Quando um quarteto é agrupado, duas variáveis são eliminadas, pois elas aparecem nas formas complementada e não complementada;
• Sobrará apenas as variáveis que não alteram a forma considerando todas as células 1’s do quarteto;
0 1
0 1
0 1
0 1
A B
A B
AB
AB
C C
x = C
0 0 0 0
0 0 0 0
1 1 1 1
0 0 0 0
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
x = AB
0 0 0 0
0 1 1 0
0 1 1 0
0 0 0 0
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
x = BD
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Agrupamento e Simplificação – Quartetos
0 0 0 0
0 0 0 0
1 0 0 1
1 0 0 1
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
x = AD
1 0 0 1
0 0 0 0
0 0 0 0
1 0 0 1
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
x = B D
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Agrupamento e Simplificação – Octetos
Um grupo de oito 1’s adjacentes é denominado octeto;
Quando um octeto é agrupado, três variáveis são eliminadas, pois elas aparecem nas formas complementada e não complementada;
• Sobrará apenas as variáveis que não alteram a forma considerando todas as células 1’s do octeto;
0 0 0 0
1 1 1 1
1 1 1 1
0 0 0 0
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
x = B
1 1 0 0
1 1 0 0
1 1 0 0
1 1 0 0
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
x = C
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Agrupamento e Simplificação – Octetos
1 1 1 1
0 0 0 0
0 0 0 0
1 1 1 1
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
x = B
1 0 0 1
1 0 0 1
1 0 0 1
1 0 0 1
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
x = D
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Procedimento Completo de Simplificação
1. Construa o mapa a partir da tabela verdade ou da expressão lógica a ser simplificada;
2. Circule os 1’s isolados (aqueles que não são adjacentes a nenhum outro 1);
3. Procure os 1’s que são adjacentes a somente um outro 1; agrupe todos os pares;
4. Busque os possíveis octetos que incluam 1’s ainda não agrupados (mesmo se uma parte dos 1’s já tiver sido agrupada anteriormente);
5. Busque os possíveis quartetos que incluam 1’s ainda não agrupados (mesmo se uma parte dos 1’s já tiver sido agrupada anteriormente);
6. Agrupe os pares necessários para incluir eventuais 1’s que ainda não tenham sido agrupados;
7. Conecte os termos simplificados de cada grupo por operações OR para formação da expressão simplificada final.
OBS: nos passos 5 e 6, certifique-se de buscar o menor número possível de agrupamentos;
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Procedimento de Simplificação – Exemplo 1
Simplificar: x = A B CD + A BC D + A BCD + ABC D + ABCD + AB CD
0 0 0 1
0 1 1 0
0 1 1 0
0 0 1 0
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
x = A B CD + ACD + BD
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Procedimento de Simplificação – Exemplo 2
0 0 1 0
1 1 1 1
1 1 0 0
0 0 0 0
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
x = A B + BC + A CD
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Procedimento de Simplificação – Exemplo 3
0 1 0 0
0 1 1 1
1 1 1 0
0 0 1 0
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
x = ABC + A C D + A BC + ACD
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Procedimento de Simplificação – Exemplo 4
0 1 0 0
0 1 1 1
0 0 0 1
1 1 0 1
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
x = A C D + A BC + AB C + ACD
0 1 0 0
0 1 1 1
0 0 0 1
1 1 0 1
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
x = A BD + BCD + B C D + AB D
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Preenchendo o mapa a partir de uma expressão
Um mapa de Karnaugh pode ser preenchido a partir de uma expressão booleana por meio dos passos a seguir:
1. Converta a expressão para a forma soma-de-produtos (caso ela ainda não esteja nesse formato);
2. Para cada mintermo da expressão, coloque um 1 em cada célula do mapa cuja denominação inclua o mintermo;
3. Coloque 0’s nas células restantes;
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Preenchendo o mapa a partir de uma expressão
Exemplo 1. Simplificar a expressão y = C A B D + D + AB C + D
1. Passando para a forma soma-de-produtos, obtemos:
y = C A B D + C D + AB C + D
2. Preenchendo o mapa:
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
1 0
0
0
1
1 1
1 1
1
1
1
1
1 1 1
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Preenchendo o mapa a partir de uma expressão
Exemplo 1 (cont.). Simplificar y = C A B D + D + AB C + D
3. Executar os passos de simplificação utilizando o mapa;
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
1 0
0
0
1
1 1
1 1
1
1
1
1
1 1 1
𝐲 = 𝐂 + 𝐃 + 𝐀𝐁 Expressão simplificada
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Exercício 1
Simplificar utilizando mapas de Karnaugh
• z = AB(C D) + A BD + B C D + A BCD
Exercício 1 – Solução
Simplificar utilizando mapas de Karnaugh
• z = AB(C D) + A BD + B C D + A BCD
Passo 1: colocar na forma soma-de-produtos:
= AB C + D + A BD + B C D + A BCD [DeMorgan]
= ABC + ABD + A BD + B C D + A BCD [Distribui]
Passo 2: preencher o mapa a partir da expressão:
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
1
0 0
0
0
1
1
1 0
1
0
1 0
0
1
1 z = B C D + A BD + AC D + BC
Exercício 2
Simplificar utilizando mapas de Karnaugh
• z = AC + AB D + A + A C(B + C)
Exercício 2 – Solução
Simplificar utilizando mapas de Karnaugh
• z = AC + AB D + A + A C(B + C)
Passo 1: colocar na forma soma-de-produtos:
= A + C + ABD + ABA + (A + C )B C [DeMorgan]
= A + C + ABD + ABA + AB C + B C C [Distribui]
Passo 2: preencher o mapa a partir da expressão:
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
1
0 0
1
1
1
1
1 1
1
1
1 1
1
1
1
z = A + C + B
Exercício 3
Determine a expressão mínima para o mapa a seguir:
Condição de Irrelevância (Don’t Care)
Em algumas situações, o valor de saída de um circuito lógico não é definido para algumas combinações dos valores de entrada;
Nesses casos, pode-se dizer que o nível lógico da saída é irrelevante, ou seja, não importa se estará em nível alto ou em nível baixo (don’t care);
Utiliza-se comumente um X em tais saídas para especificar essa condição de irrelevância;
O projetista do circuito é livre para fazer a saída ser 0 ou 1, conforme o que for mais conveniente;
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Condição de Irrelevância – Exemplo 1
A tabela verdade a seguir indica que a saída z é irrelevante para as entradas 𝐴, 𝐵, 𝐶 = 1, 0, 0 e 𝐴, 𝐵, 𝐶 = 0, 1, 1
Essas condições são utilizadas no mapa de Karnaugh para obtenção de uma expressão mais simples.
0 0
0 X
1 1
X 1
A B
A B
AB
AB
C C
A B C 𝒛
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 X
1 0 0 X
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1
Irrelevante (don’t care)
0 0
0 0
1 1
1 1
A B
A B
AB
AB
C C
𝑧 = 𝐴
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Condição de Irrelevância – Exemplo 2
Projetar um circuito lógico para controlar a porta de um elevador de um prédio de três andares;
O circuito deve considerar quatro sinais de entrada: • M – Indica se o elevador está em movimento (1) ou não (0);
• F1, F2, F3 – Um valor ALTO indica que o elevador está posicionado no respectivo andar;
• Exemplo: 𝐹1 = 0, 𝐹2 = 1 e 𝐹3 = 0 indica que o elevador está parado ou passando pelo segundo andar;
• OBS 1: F1, F2 e F3 todos iguais a 0 indica que o elevador não está adequadamente alinhado com nenhum andar;
• OBS 2: Duas ou mais entradas F nunca estarão simultaneamente em nível ALTO.
A saída do circuito deve ser um sinal 𝑧 indicando que a porta deve estar aberta (z=1) ou fechada (z=0);
Circuito do Elevador
M F1 F2 F3
z (abrir)
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Condição de Irrelevância – Exemplo 2
M F1 F2 F3 𝐳
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
0
1
1
1
0
0
0
0
X
X
X
X
X
X
X
X
0 1 X 1
1 X X X
0 X X X
0 0 X 0
M F1
M F1
MF1
MF1
F2F3 F2F3 F2F3 F2F3
z = M F1 + M F2 + M F3
Expressão simplificada = M (F1 + F2 + F3)
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Representação Alternativa
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Exercício 1
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1 1 1 1
1 1 0 0
0 0 0 1
0 0 1 1
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
x = A C + B C + ACD
1 1 1 1
1 0 1 1
0 1 X X
1 X 1 X
A B
A B
AB
AB
C D C D CD CD
Encontrar a expressão simplificada a partir dos mapas:
x = B + C + AD + A D
Simplificação no Logisim
1. Abra o programa e acesse janela Análise Combinacional
2. Definição das entradas. Clique na aba Entrada e adicione as variáveis de entrada do circuito (digite o nome da variável no campo inferior e clique no botão Acrescentar);
3. Definição da saída. Clique na aba Saída e adicione o nome da variável de saída do circuito;
4. Definição da expressão. Clique na aba Expressão, digite a expressão lógica e clique no botão Entrar;
• Dicas: utilize o carácter ~ antes do nome da variável para indicar negação; utilize um espaço entre os nomes das variáveis;
5. Clique em Construir circuito e forneça um nome;
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Simplificação no Logisim
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Simplificação no Logisim
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Simplificação no Logisim
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Simplificação no Logisim
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Logisim com Saída X (don’t care)
1. Abra a janela de análise combinacional
• Menu Janela Análise Combinacional
2. Adicione as variáveis de entrada na ordem em que aparecem na tabela verdade;
3. Adicione a variável de saída;
4. Adicione a expressão lógica e clique em entrar;
5. Vá até a tabela verdade e clique na saída cujo valor não importa (don’t care) até aparecer um X;
6. Veja a expressão minimizada;
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Referências e Recomendações
TOCCI, R. J.; WIDMER, N. S.; MOSS, G. L. Sistemas Digitais: princípios e aplicações. 11.ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2011.
• Leitura recomendada: páginas 112-121
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