Sistem Digital : Peta Karnaugh + BCD, Don’t Care, Minterm, Maxterm, dan Quine-McCluskey Method
Karnaugh Map
Sebuah peta Karnaugh menyediakan metoda sistematik untuk penyederhanaan lisan Boolean. Jika sempurna dipakai akan menghasilkan lisan SOP atau POS yang paling sederhana, yang disebut lisan minimum. Peta Karnaugh, tidak menyerupai penyederhanaan sebelumnya yang memakai hokum, aturan dan teorema aljabar Boolean, sebaliknya, menyediakan sebuah metoda “cookbook” untuk penyederhanaan.
Teknik penyederhanaan yang lain menyerupai metoda Quine-McCluskey dan algoritma Espresso.
Karnaugh map di-arrange dalam sebuah array of cells, dimana setiap cell merepresentasikan sebuah nilai biner dari variable masukan. Karnaugh map sanggup dipakai untuk lisan dengan 2,3,4,5 variabel.
Jumlah sel pada peta Karnaugh sejumlah total jumlah kemungkinan kombinasi variabel masukan.
Untuk 3 variabel, jumlah sel yaitu 23 = 8;
Untuk 4 variabel, jumlah sel yaitu 24 = 16.
Peta Karnaugh 3 variable
Berikut peta Karnaugh 3 variabel yaitu A, B, dan C ( aksara lain sanggup juga dipakai )
Peta Karnaugh 4 variabel
Peta ini yaitu sebuah array dari 16 sel, menyerupai di gambar.
Cell Adjacency ( Kedekatan sel )
Sel-sel pada peta Karnaugh di-arrange supaya hanya ada sebuah variabel tunggal berubah antara sel yang berdekatan.
Adjacency didefinisikan oleh sebuah perubahan single-variable. Pada peta 3-variabel, sel 010 berdekatan dengan sel 000, sel 011 dan sel 110. Namun sel 010 tidak berdekatan dengan sel 001, sel 111, sel 100 atau sel 101. Secara fisik, setiap sel yaitu berdekatan dengan sel yang bersebelahan eksklusif dengan sel tersebut (dari salah satu sisi dari 4 sisi sel). Namun sebuah sel tidak berdekatan ke sel yang secara diagonal bersentuhan dengan salah satu sudutnya.
Juga sel di baris paling atas yaitu berdekatan dengan sel yang bersesuaian dengan baris paling bawah dan sel di kolom kiri terluar berdekatan dengan sel yang bersesuaian di kolom kanan terluar. Ini disebut akrab “wrap-arround” adjacency alasannya yaitu kita sanggup membayangkan bahwa peta di- wrapping arround dari atas ke bawa untuk membentuk silinder atau dari kiri ke kanan untuk membentuk silinder.
Minimalisasi SOP Karnaugh Map
Peta Karnaugh dipakai untuk menyerderhanakan lisan Boolean ke bentuk minimumnya. Ekspresi SOP yang di- minimalkan berisi beberapa kemungkinan term dengan beberapa kemungkinan variabel per term.
Untuk sebuah lisan SOP bentuk standar, sebuah 1 ditempatkan pada peta Karnaugh bagi setiap product term pada ekspresi. Setiap 1 ditempatkan pada sebuah sel yang berkaitan ke nilai dari product term. Sebagai rujukan product term AB’C, sebuah 1 muncul pada sel 101 pada peta 3-variable.
Langkah berikut dan ilustrasinya pada gambar mengatakan proses pemetaan.
- Tentukan nilai biner dari setiap product term pada lisan standar.
- Sebagaimana setap product term di-evaluasi, tempatkan sebuah 1 di peta Karnaugh pada sel yang mempunyai nilai yang sama sebagaimana product term
Contoh 1
Petakan lisan SOP standar berikut ke peta Karnaugh
π΄'π΅'πΆ + π΄'π΅πΆ' + π΄π΅πΆ' + π΄π΅πΆ
Solusi
Evaluasi setiap ekspresi. Tempatkan 1 pada peta Karnaugh 3-variable untuk setiap term product lisan standar.
Contoh 2
Petakan lisan SOP standar berikut ke peta Karnaugh
π΄'π΅'πΆπ· + π΄'π΅πΆ'π·' + π΄π΅πΆ'π· +π΄π΅πΆπ· + π΄π΅πΆ'π·' + π΄'π΅'πΆ'π· + π΄π΅'πΆπ·'
Solusi
Evaluasi ekspresi. Tempatkan 1 pada peta Karnaugh 4-variabel di sel yang sesuai dengan setiap term product standar dalam ekspresi
Latihan 1
- Petakan lisan standar SOP berikut ke peta Karnaugh π΄'π΅πΆ + π΄π΅'πΆ + π΄π΅'πΆ'
- Petakan lisan SOP standar berikut pada peta Karnaugh π΄'π΅πΆπ· + π΄π΅πΆπ· + π΄π΅πΆ'π· + π΄π΅πΆπ·'
Lanjutan Minimalisasi Bentuk SOP dengan Peta Karnaugh
Proses yang menghasilkan di dalam sebuah lisan berisi beberapa kemungkinan term dengan beberapa kemungkinan variabel disebut minimization (minimalisasi). Setelah sebuah lisan SOP dipetakan, lisan SOP minimum diperoleh dengan mengelompokkan 1 dan memilih lisan minimum SOP dari peta.
Pengelompokkan 1.
Anda sanggup mengelompokkan satu pada peta Karnaugh berdasarkan aturan berikut dengan menyertakan adjacent cell (sel tetangga/yang berdekatan) yang berisi 1. Tujuannya yaitu memaksimalkan ukuran dari group dan untuk meminimalkan jumlah dari group.
Aturan Penyerdehanaan Karnaugh Map
- Sebuah grup harus berisi 1, 2, 4, 8 atau 16 sel, dimana semuanya 2n . Pada kasus peta 3-variabel, 23 = 8 sel yaitu group maksimum
- Setiap sel di dalam sebuah group harus adjacent dari 1 atau lebih sel dalam grup yang sama, tetapi semua sel di dalam group tidak harus menjadi adjacent setiap sel yang lain
- Selalu sertakan kemungkinan jumlah 1 yang terbesar di dalam group berdasarkan aturan 1
- Setiap 1 pada peta harus disertakan pada sekurang-kurangnya 1 group. 1 yang telah di dalam group sanggup disertakan ke group lain sepanjang group overlapping menyertakan noncommon 1
Contoh Pengelompokkan 1
Penentuan Ekspresi SOP minimum dari Peta
Ketika semua 1 merepresentasikan product term standar dalam sebuah lisan sempurna di-petakan dan dikelompokkan, proses penentuan untuk menghasilkan lisan SOP minimum dimulai.
Aturan berikut diterapkan untuk mencari product term minimum dan lisan SOP minimum.
- Kelompokkan sel yang mempunyai 1. Setiap group dari sel berisi 1 membuat sebuah product term terdiri dari semua variabel yang muncul dalam hanya satu bentuk (complement atau tidak komplemen) di dalam group. Variabel yang muncul embel-embel dan tidak komplemen, di eliminasi. Ini disebut contradictory variables.
Contoh 1
Tentukan product term minimum untuk setiap group
- Untuk peta 3-variabel
- 1-cell group menghasilakn sebuah product term 3-variable
- 2-cell group menghasilkan sebuah product term 2-variable
- 4-cell group menghasilkan 1-variable term
- 8-cell group menghasilan sebuah nilai dari 1 bagi ekspresi
- Untuk peta 4-variabel
- 1-cell group menghasilakn sebuah product term 4-variable
- 2-cell group menghasilkan sebuah product term 3-variable
- 4-cell group menghasilkan sebuah product term 2-variable
- 8-cell group menghasilan 1-variable term
- 16-cell grop menghasilkan sebuah nilai dari 1 bagi ekspresi
Ketika semua product term minimum diturunkan dari peta Karnaugh, semuanya dijumlahkan untuk membentuk lisan SOP
Tentukan product terms untuk peta Karnaugh berikut dan tuliskan lisan SOP yang minimum
Solusi
- Eliminasi variabel yang di dalam sebuah group kedua complement dan tidak complement.
- Pada rujukan ini, product term untuk group 8 sel yaitu B alasannya yaitu sel di dalam group tersebut berisi π΄ dan π΄' , πΆ dan πΆ' , π· dan π·' , dimana dieliminasi.
- Group 4 sel berisi π΅ dan π΅ , π· dan π·
Memetakan lisan SOP non-standar
Ekspresi Boolean harus berbentuk standar sebelum memetakan ke Karnaugh. Jika belum, lisan harus diubah ke bentuk standar. Karena lisan harus dievaluasi sebelum mapping, ekspasi numerik (numerical expansion) yaitu pendekatan yang paling efisien. Contoh: 1 product term dalam 3 variable lisan SOP, contohnya π΄π΅'. Ini term sanggup diekspan secara numerik ke bentuk standar dengan cara sbb :
- Tuliskan nilai biner dari dua variable dan tambahkan 0 utk variable πΆ yang tdk ada: 100
- Tuliskan nilai binary dari dua variable dan tambahkan 1 untuk variable πΆ : 101
- Bilangan biner yang dihasilkan yaitu nilai dari term SOP standar π΄π΅'πΆ dan π΄π΅'πΆ'
Contoh 1
Satu product term lisan 3 variable π΅. Ini sanggup diekspan secara numerik ke standar form dengan cara sbb:
- Tuliskan nilai biner dari variable;
- kemudian attach semua nilai yang mungkin utk variable yang hilang menyerupai berikut:
- _B_
- 1. 010, 011, 110, 111
- Bilangan biner yang dihasilkan yaitu nilai dari term SOP sandar π΄'π΅πΆ', π΄'π΅πΆ, π΄π΅πΆ', dan π΄π΅πΆ'
Bentuk standar tersebut kemudian sanggup dipetakan ke Karnaugh Map
Latihan
Petakan lisan SOP berikut ke peta Karnaugh
- π΄ + π΄π΅' + π΄π΅πΆ
- π΅πΆ + π΄'πΆ
- π΅'πΆ + π΄π΅' + π΄π΅πΆ + π΄π΅'πΆπ· + π΄'π΅'πΆ'π· + π΄π΅'πΆπ·'
Minimalisasi POS Karnaugh Map
Untuk lisan POS dalam bentuk standar, sebuah 0 ditempatkan pada peta Karnaugh untuk setiap sum term di ekspresi. Setiap 0 ditempatkan pada sebuah sel berkaitan dengan nilai dari sebuah sum term. Misalnya sum term π΄ + π΅ + πΆ, sebuah 0 pada sel 010 pada peta 3 variable.
Ketika lisan POS telah lengkap dipetakan, di peta ada sejumlah 0 yang sama dengan jumlah sum term pada lisan standar. Sel yang tidak mempunyai 0 yaitu sel yang ekspresinya yaitu 1. Biasanya dikala bekerja dengan lisan POS, 1 dibiarkan
Proses pemetaan
Tentukan nilai biner dari setiap sum term pada lisan standar POS. Nilai biner ini yang mengakibatkan the term = 0. Sebagaimana setiap sum term di-evaluasi, tempatkan 0 pada peta Karnaugh pada sel terkait
Penyederhaan Ekspresi POS Peta Karnaugh
Prinsip penyerderhanaan lisan POS secara fundamental sama sbgmana lisan SOP, kecuali pengelompokkan dilakukan untuk kelompok 0 yang menghasilkan sum term minimum (bukan mengelompokkan 1). Aturan pengelompokkan 0 sama menyerupai pengelompokkan 1
Contoh 1
Gunakan peta Karnaugh untuk menyederhanakan lisan POS standar berikut:
Tentukan lisan yang ekivalen dengan SOP
Kombinasi nilai biner dari lisan adalah
Petakan lisan tersebut dan kelompokkan sel menyerupai berikut:
Penyederhanaan
Group 1 : A+B+C, A+B+C’, A+B’+C,
A+B’+C’ => A
Group 2 : A+B’+C, A’+B’+C Γ B’+C
=> A(B’+C)
Group 3: AB’C, ABC Γ AC
Group 4: AB’C’, AB’C Γ AB’
=> ekivalen SOP: AC + AB’ => A(B’+C)
Contoh (2)
Gunakan peta Karnaugh untuk meminimalkan lisan berikut
()
Term pertama harus di ekspand: π΄ + π΅ + πΆ + π· dan (π΄' + π΅ + πΆ + π·)
Ekspresi POS minimum
(πͺ + π«)(π¨ + π© + π«)(π¨ + π© + πͺ)
Latihan 1
1. Petakan lisan standar berikut ke peta Karnaugh
(π΄' + π΅ + C + D)(π΄ + π΅' + πΆ + π·' )(π΄ + π΅ + πΆ' + π·)(π΄ + π΅ + πΆ + π·' )(π΄ + π΅ + πΆ + π· )
Kemudian sederhanakan lisan POS Karnaugh Map
2. Petakan lisan standar berikut ke peta Karnaugh
(π΄' + π΅' + πΆ + D)(π΄ + π΅)
Kemudian sederhanakan lisan POS peta Karnaugh
Latihan 2
1. Gunakan peta Karnaugh untuk menyederhanakan lisan standar POS berikut:
( π' + π + π )( π + π' + π )(π + π' + π')(π + π + π)
2. Gunakan peta Karnaugh untuk menyerderhanakan lisan POS berikut
( π' + π + π + π )(π' + π + π' + π )(π + π + π' + π')(π + π' + π)
Pemetaan eksklusif dari Truth Table
Perhatikan truth table yang keluarannya 1 untuk 4 kombinasi variable masukan yang berbeda.
Angka 1 pada kolom dari table kebenaran dipetakan eksklusif ke peta Karnaugh, ke sel yang bersesuaian dengan nilai dari adonan kombinasi variable masukan.
Kondisi “Don’t Care”
Kadang ada kombinasi variable masukan yang tidak diizinkan. Misalnya pada code BCD, ada 6 kombinasi yang invalid: 1010, 1011, 1100, 1101, 1110 dan 1111 atau setiap nilai biner lebih dari 9 untuk posisi 4 bit.
Karena states yang tidak dibolehkan ini tidak akan pernah muncul/digunakan termasuk dalam code BCD, dianggap kombinasi tersebut sebagai term “don’t care” berkaitan dengan efeknya pada keluaran. Term “don’t care” apakah diassign 1 atau 0 pada output; tidak dilema alasannya yaitu tidak akan pernah muncul
Term “don’t care” sanggup dipakai untuk bermanfaat pada peta Karnaugh. Setiap term “don’t care”, sebuah X ditempatkan pada sel. Ketika mengelompokkan 1, X sanggup diperlakukan sebagai 1 untuk membuat pengelompokkan yang panjang atau sebagai 0 kalau tidak sanggup dipakai untuk dimanfaatkan. Sebuah group yang besar, menghasilkan term yang lebih sederhana
BCD (Binary Coded Decimal ) Code
BCD code adalah sebuah cara untuk mengekspresikan setiap bilangan digit bilangan decimal dengan instruksi biner. Hanya ada 10 kelompok instruksi dalam system BCD, sehingga gampang sekali mengkonversi antara decimal dan BCD
Kode 8421 BCD yaitu sebuah tipe BCD (Binary Coded Decimal). BCD berarti setiap digit decimal, 0 – 9 direpresentasikan oleh 4 bit instruksi biner. 8421 mengatakan bobot dari 4 bit tersebut (23,22,21,20). Kemudahan mengkonversi antara bilangan instruksi 8421 dan bilangan decimal yaitu laba utama dari instruksi BCD.
Invalid Code
Dengan 4 bit, 16 bilangan sanggup direpresentasikan, tetapi dalam 8421 hanya 10 yang digunakan. Kombinasi 6 instruksi yang lain yang tidak dipakai yaitu 1010, 1011, 1100, 1101, 1110 dan 1111 – dianggap invalid di system instruksi BCD
Contoh BCD
- 35 => 0011 0101
- 98 => 1001 1000
- 170 => 0001 0111 0000
- 2469 => 0010 0100 0110 1001
BCD Code ke Desimal
10000110 ?
001110100001 ?
1001010001110000 ?
10000010001001110110 ?
Minterm dan Maxterm
Tabel kebenaran mendefinsikan fungsi Boolean. Ekspresi aljabar utk fungsi tersebut sanggup diturunkan dari table dengan mencari logic penjumlahan dari product term dimana fungsi mengansumsikan nilai biner = 1.
Sebuah product term yang mana semua variable muncul sempurna sekali, apakah ia complement atau tidak complement disebut minterm. Sebuah sum term yang berisi semua variable dalam bentuk complement atau tidak complement disebut maxterm
Minterm
Properti karakteristiknya bahwa minterm merepresentasikan sempurna satu kombinasi dari nilai variable biner dalam table kebenaran. Ia mempunyai nilai 1 untuk kombinasi tersebut dan 0 untuk yang lain
Contoh: untuk variable X dan Y, minterm nya yaitu π'π' , π'π, ππ' dan ππ
Ada 8 minterm untuk 3 variable ( lihat table dibawah )
Setiap minterm yaitu product term dari sempurna π literal, dimana π yaitu jumlah variable. Untuk setiap kombinasi biner, ada minterm terkait. Setiap minterm yaitu sebuah product term dari sempurna n literal, dimana n yaitu jumlah dari variable
Simbol ππ untuk setiap minterm yang ditunjukkan di table, dimana π mengatakan ekivalen decimal utk setiap kombinasi biner yang terkait minterm. Daftar minterm untuk setiap π variable sanggup dibuat dari daftar bilangan biner dari 0 s/d 2π − 1.
Pada table, tampak setiap minterm yaitu 1 utk kombinasi biner terkait dan 0 utk kombinasi yang lain
Minterm untuk 3 variable
Maxterm
Sebuah sum term yang berisi semua variable (complemen atau tidak komplemen) membentuk => maxterm. Memungkinkan meng-formulasikan 2π maxterm dengan π variable.
8 maxterm ditampilkan pada table berikut ini
Setiap maxterm yaitu penjumlahan logic dari 3 variable dengan masing-masing variable embel-embel kalau bit biner terkait yaitu 1 dan tidak embel-embel kalau 0. Simbol maxterm yaitu ππ , dimana j menyatakan ekivalen decimal dari kombinasi biner maxterm terkait. Perhatikan bawha maxterm =0 utk kombinasi terkait dan 1 utk semua kombinasi yang lain.
Maxterm untuk 3 variable
Lanjutan Minterm dan Maxterm
Sebuah minterm yaitu sebuah fungsi, tidak sama dengan 0, mempunyai sejumlah minimum 1 di dalam table kebenaranya. Sebuah maxterm yaitu sebuah fungsi, tidak sama dengan 1, mempunyai jumlah maksimum dari 1 di dalam table kebenarannya
Dari 2 table sebelumnya, minterm dan maxterm dengan index yang sama yaitu berkomplemen ππ = π π dan ππ = π π
Contoh: j= 3; π3 = π + π + π = π ππ = π 3
Fungsi Boolean sanggup direpresentasikan secara aljabar dari table kebenaran yang tersedia dengan membentuk penjumlahan logic dari semua minterm yang menghasilkan 1 di dalam fungsi
Ekspresi ini disebut sum of terms. Perhatikan fungsi Boolean F pada table. Fungsi F = 1 untuk kombinasi biner dari variable X, Y, Z: 000, 010, 101 dan 111. Kombinasi ini berkaitan dengan minterm 0,2,5, dan 7
Dengan memperhatikan table Fungsi Boolean, dan table kebenaran utk minterms, fungsi F sanggup diekspresikan secara aljabar sebagai penjumlahan logic dari minterm
πΉ = π π π + π ππ + ππ π + πππ = π0 + π2 + π5 + π7
Selanjutnya sanggup disingkat dengan hanya daftar dari index dari mintermnya
πΉ π, π, π = π(0,2,5,7)
Simbol Ξ£ yaitu penjumlahan logic (OR) dari minterm; angka mengatakan minterm dari fungsi
Contoh : πΉ ( π, π, π ) = π'π'π + π'ππ + ππ'π' + πππ = π1 + π3 + π4 + π6 yang disingkat menjadi F (X.Y.Z) = m(1,3,4,6)
Komplemen dari F adalah
πΉ = (π1 + π3 + π4 + π6)' = π 1. π 3. π 4. π 6
= π1π3π4π6 alasannya yaitu π π = ππ
= (π + π + π )(π + π + π )( π + π + π )(π + π + Z )
Metode Quine-McCluskey
Metoda formal tabular untuk menerapkan aturan distribusi Boolean ke aneka macam term untuk mencapai SOP minimum dengan mengeliminasi literal yang muncul dalam 2 term sebagai komplemen.
Contoh: ABCD + ABCD’ = ABC
Sangat cocok untuk reduksi yang terkomputerisasi. Peta Karnaugh, bersifat metoda grafik.
Cara menerapkan metoda Quine-McCluskey
Langkah 1
Tuliskan fungsi dalam bentuk minterm standar (SOP).
Representasikan lisan sebagai bilangan biner menyerupai yagn ditunjukkan pada table kebenaran berikut
Langkah 2
Arrange minterm dalam lisan orisinil dalam grup berdasarkan jumlah angka 1 pada setiap minterm
Langkah ke-3
Bandingkan dengan grup yang berdekatan, lihat kalau ada minterm yang mempunyai posisi yang sama kecuali 1 posisi. Jika ada, berikan tanda cek pada setiap minterm di masing-masing group. Kecuali π10 tidak di-cek, krn tidak memenuhi syarat ( disebut essential prime implicant )
Term pada daftar first level dipakai untuk membentuk table yang direduksi dengan jumlah 1 pada group lebih kecil dari group lain.
Term pada group gres dibandingkan. Dipilih kalau hanya mempunyai x pd posisi yang sama dengan group berdekatan (second level)
Pada second level sanggup dibaca sebagai BπΆ
Term yang tidak di-cek akan membentuk term lain pada lisan yang direduksi final.
Term 1 tidak di-cek: π΄ π΅ π·
Term 2 : π΄ πΆ D
Term 3 : π΄π΅π·
Pada first level: π΄π΅ πΆπ·
Ekspresi yang dikurangi (yg tidak di-cek)
BπΆ + π΄ π΅ π· + π΄ πΆ D+π΄π΅π· + π΄π΅ πΆπ·
Meskipun lisan sdh tepat, tetapi bukan lisan yang minimum. Pengecekan terakhir mengeliminasi term yang tidak perlu.
Term2 tersebut ditulis dalam table prime implicant dengan minterm utk setiap prime implicant yang di-cek
Jika prime implicant mempunyai 1 centang, ia penting dan harus dimasukkan dalam lisan final. Term π΄π΅π· harus disertakan alasannya yaitu π15 hanya di- cover oleh term tsb. Begitu juga π10 hanya di-cover oleh π΄π΅ πΆπ· , maka akan masuk dalam lisan final. Dua minterm di π΄ πΆ D di-cover oleh prime implicants pada 2 baris pertama, kesudahannya term ini tidak perlu. Sehingga lisan final adalah
BπΆ + π΄ π΅ π·+π΄π΅π· + π΄π΅ πΆπ·
Latihan
Sumber
Slide AOK : Karnaugh Map
No comments:
Post a Comment