bkg
Combinational LogicPart 2:
Karnaugh maps (quick)
bkg
Sum of Minterms Implementation
OR all of the minterms of truthtable for which the function
value is 1
F = m0 + m2 + m5 + m7
F = X’Y’Z’ + X’YZ’+
XY’Z + XYZ
2
bkg
Sum of Products Implementation
Simplifying sum-of-minterms canyield a sum of products
Difference is that each term neednot have all variables
Resulting gates 
ANDs and one OR
F = Y’ + X’YZ’ + XY
3
bkg
Two-Level Implementation
Sum of products has 2 levels of gates
Fig 2-6
4
bkg
More Levels of Gates?
What’s best?
Hard to answer
More gate delays (more on this later)
But maybe we only have 2-input gates
5
bkg
Product of Maxterms Implementation
Can express F as AND of Maxterms forall rows that should evaluate to 0
or
This makes one Maxterm fail each time F should be 0
6
bkg
Product of Sums Implementation
ORs followed by AND
7
bkg
Karnaugh Map
Graphical depiction of truth table
A box for each minterm
So 2 variables, 4 boxes
3 variable, 8 boxes
And so on
Useful for simplification
by inspection
Algebraic manipulation harder
8
bkg
K-Map from Truth TableExamples
There are implied 0s in empty boxes
9
bkg
Function from K-Map
Can generate function from K-map
Simplifies to X + Y (in a moment)
10
bkg
In Practice:
Karnaugh maps were mildly usefulwhen people did simplification
Computers now do it!
We’ll cover Karnaugh maps as a wayfor you to gain insight,
not as real tool
11
bkg
Three-Variable Map
Eight minterms
Look at encoding of columns androws
12
bkg
Simplification
Adjacent squares (horizontally orvertically) are minterms that varyby single variable
Draw rectangles on map to simplifyfunction
Illustration next
13
bkg
Example
instead of
14
bkg
Adjacency is cylindrical
Note that      wraps from left edgeto right edge.
15
bkg
Covering 4 Squares
is
16
bkg
Another Example
Help me solve this one
17
bkg
In General
One box -> 3 literals
Rectangle of 2 boxes -> 2 literals
Rectangle of 4 boxes -> 1 literal
Rectangle of 8 boxes -> Logic 1 (on3-variable map)
Covers all minterms
18
bkg
Slight Variation
Overlap is OK.
No need to use full m5-- waste of input
19
bkg
4-variable map
At limit of K-map
20
bkg
Also Wraps (toroidal topology)
21
watermark
Systematic Simplification
Prime Implicant is a product term obtained by combiningthe maximum possible number of adjacent squares in the mapinto a rectangle with the number of squares a power of 2.
A prime implicant is called an Essential Prime Implicant if it isthe only prime implicant that covers (includes) one or moreminterms.
Prime Implicants and Essential Prime Implicants can bedetermined by inspection of a K-Map.
A set of prime implicants "covers all minterms" if, for eachminterm of the function, at least one prime implicant in theset of prime implicants includes the minterm.
Chapter 2 - Part 2         22
watermark
D
B
C
B
1
1
1
1
1
1
B
 
D
A
1
1
1
1
1
Example of Prime Implicants
Find ALL Prime Implicants
B’D’ and BD are ESSENTIAL Prime Implicants
 
C
 
BD
 
CD
 
BD
 
        Minterms covered by single prime implicant
D
B
 
1
1
1
1
1
1
B
C
D
A
1
1
1
1
1
AD
 
B
A
Chapter 2 - Part 2         23
watermark
Prime Implicant Practice
 Find all prime implicants for:
Chapter 2 - Part 2         24
watermark
Prime Implicant Practice
 Find all prime implicants for:
1
1
1
1
1
1
B
 
D
A
1
1
1
C
1
1
A
C
B
D
B
Chapter 2 - Part 2         25
watermark
Algorithm to Find An OptimalExpression for A Function
Find all prime implicants.
Include all essential prime implicants in thesolution
Select a minimum cost set of non-essentialprime implicants to cover all minterms not yetcovered.
The solution consists of all essential prime andthe selected minimum cost set of non-essentialprime implicants
minimum cost
selected minimum cost
Chapter 2 - Part 2         26
watermark
The Selection Rule
Obtaining a good simplified solution:Use the Selection Rule
Chapter 2 - Part 2         27
watermark
Prime Implicant Selection Rule
Minimize the overlap among primeimplicants as much as possible.
In the solution, make sure that eachprime implicant selected includes atleast one minterm not included in anyother prime implicant selected.
Chapter 2 - Part 2         28
watermark
Selection Rule Example
Simplify F(A, B, C, D) given on the K-map.
1
1
1
1
1
1
1
B
D
A
C
1
1
 1
1
1
1
1
1
1
B
D
A
C
1
1
Essential
         Minterms covered by essential prime implicants
Selected
Chapter 2 - Part 2         29
bkg
Don’t Care
So far have dealt with functionsthat were always either 0 or 1
Sometimes we have someconditions where we don’t carewhat result is
Example: dealing with BCD
Only care about first 10
30
bkg
Mark With an X
In a K-map, mark don’t care with X
Simpler implementations
Can select an X either as 1 or 0
31
bkg
Example
or
What would we have if Xs were 0?
32
watermark
Selection Rule Example with Don't Cares
Simplify F(A, B, C, D) given on the K-map.
Selected
            Minterms covered by essential prime implicants
1
1
x
x
x
x
x
1
B
D
A
C
1
1
1
1
x
x
x
x
x
1
B
D
A
C
1
1
Essential
Chapter 2 - Part 2         33
watermark
Product of Sums Example
 Find the optimum POS solution:
Hint: Use    and complement it to get theresult.
F
                                  34