Mathe & Statistik

KV-Diagramm minimieren

Wählen Sie die Zahl der Variablen und tragen Sie die Nummern der Einsstellen ein, auf Wunsch auch Don’t-Care-Stellen. Der Rechner fasst die Blöcke zusammen und zeigt die Minimalform.

Ihre Funktion
Zeilennummern der Wahrheitstabelle mit Ausgang 1, A ist das höchstwertige Bit.
Zeilen, deren Ausgang beliebig ist, etwa unbenutzte BCD-Codes.
Ergebnis

Vom Minterm zur kürzesten Schaltung

Das Karnaugh-Veitch-Diagramm, kurz KV-Diagramm, ist das klassische Werkzeug, um Schaltfunktionen von Hand zu vereinfachen. Die Felder sind so angeordnet, dass sich benachbarte Felder nur in einer Variablen unterscheiden. Zusammenhängende Blöcke aus 1, 2, 4 oder 8 Einsen lassen sich dann zu einem kürzeren Produktterm zusammenfassen. Je größer der Block, desto weniger Variablen bleiben übrig.

Dieser Rechner geht denselben Weg systematisch: Er bildet nach dem Verfahren von Quine und McCluskey alle Primimplikanten, also alle größtmöglichen Blöcke. Anschließend sucht er die kleinste Auswahl, die alle Einsen abdeckt, zuerst nach der Zahl der Terme, dann nach der Zahl der Literale. Das entspricht genau dem, was Sie im Diagramm durch geschicktes Umkreisen erreichen.

Zusätzlich zeigt er die konjunktive Minimalform. Dafür werden die Nullstellen zusammengefasst und die Terme negiert. Don’t-Care-Stellen nutzt der Rechner in beiden Fällen so, wie es die Blöcke am stärksten vergrößert. Ein Feld darf dabei in mehreren Blöcken liegen.

Nachbarfelder: x⋅y+x⋅¬ y=x; Minimalform=kleinste Auswahl von Primimplikanten , die alle Minterme u¨berdeckt\text{Nachbarfelder}:\ x \cdot y + x \cdot ¬\,y = x;\ \text{Minimalform} = \text{kleinste Auswahl von Primimplikanten}\,{,}\ \text{die alle Minterme überdeckt}

Beispiel: Eine Funktion mit vier Variablen ist bei den Mintermen 0, 2, 5, 7, 8, 10, 13 und 15 gleich 1. Die vier Ecken des Diagramms (0, 2, 8, 10) bilden einen Block, in dem B und D jeweils 0 sind. Die vier Mittelfelder (5, 7, 13, 15) bilden einen Block mit B = 1 und D = 1. Die Minimalform lautet ¬B·¬D + B·D mit zwei Termen und vier Literalen, also eine XNOR-Verknüpfung von B und D. Die KNF ist (B + ¬D)·(¬B + D).

Hinweise zur Eingabe und Deutung

Die Nummer eines Minterms ergibt sich aus der Zeile der Wahrheitstabelle, wenn man die Variablen als Binärzahl liest. Bei vier Variablen ist A das höchstwertige Bit: A = 1, B = 1, C = 0, D = 1 ergibt 1101, also Minterm 13. Wer die Variablen anders anordnet, erhält dieselbe Minimalform mit anderen Buchstaben.

Don’t-Cares entstehen, wenn bestimmte Eingangskombinationen nie auftreten oder ihr Ausgang egal ist. Ein Beispiel ist ein BCD-Decoder: Die Codes 10 bis 15 kommen nicht vor. Werden sie als Don’t-Care markiert, entstehen oft deutlich kleinere Schaltungen. Der Rechner setzt sie nur dort auf 1, wo es hilft.

Gibt es mehrere gleich gute Lösungen, zeigt der Rechner eine davon. Das passiert bei zyklischen Funktionen, in denen sich Blöcke gegenseitig ersetzen können. Prüfen Sie in Klausuren deshalb, ob Ihre eigene Lösung gleich viele Terme und Literale hat. Dann ist sie ebenfalls minimal.

Ab fünf Variablen wird das KV-Diagramm unübersichtlich, weil Nachbarschaften über mehrere Teildiagramme hinweg gesucht werden müssen. Dort setzt man Software wie Espresso oder die Synthesewerkzeuge von FPGA-Herstellern ein. Die Wahrheitstabelle zu einem Ausdruck erstellt der Wahrheitstabellen-Rechner.

Tipps und typische Fehler

Schaltungen vereinfachen.

  • Blöcke: Zweierpotenzen.
  • Ränder: Sind Nachbarn.
  • Don’t-Care: Nutzen.
  • Prüfen: Terme zählen.

Mehr zum Thema Zahlensysteme, Logik und Prüfziffern

Häufige Fragen

Was ist ein Primimplikant?

Ein Block aus Einsen und Don’t-Cares, der sich nicht weiter vergrößern lässt.

Wie lese ich Minterme aus dem KV-Diagramm?

Jedes Feld entspricht einer Binärzahl aus den Variablenwerten, A ist das höchstwertige Bit.

Darf ein Feld in mehreren Blöcken liegen?

Ja, Überlappungen sind erlaubt und oft nötig für möglichst große Blöcke.

Was ist die disjunktive Minimalform?

Die kürzeste ODER-Verknüpfung von UND-Termen, die dieselbe Funktion beschreibt.

Warum sind die Felder in Gray-Reihenfolge?

Damit benachbarte Felder sich nur in einer Variablen unterscheiden.

Auch gesucht als:
  • KV-Diagramm Rechner
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  • disjunktive Minimalform
  • Quine-McCluskey Rechner
  • KV-Diagramm 4 Variablen
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