如何根据交通信号灯的工作原理设计一个组合逻辑电路，并实现故障检测功能？请结合真值表和逻辑函数式详细说明。

为了设计一个能够监控交通信号灯状态并检测故障的组合逻辑电路，首先需要理解交通信号灯的工作原理。通常，交通信号灯包含红灯、黄灯和绿灯三种状态，我们假设它们分别为输入变量R、A、G。输出变量Z将代表信号灯是否存在故障。对于一个基本的交通信号灯系统，故障检测逻辑可能需要识别出所有信号灯都不亮的情况，这可能意味着系统故障。

参考资源链接：[数字电子技术基础：第4章 组合逻辑电路解析](https://wenku.csdn.net/doc/7jrraftuzw?spm=1055.2569.3001.10343)

接下来，需要创建一个真值表来描述每种输入状态下的预期输出。例如：

| R | A | G | Z（故障信号）|
|---|---|---|--------------|
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 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 | 0 |

在上表中，只有当R、A、G全为0时（即所有灯都不亮），Z输出为1，表示系统故障。根据这个真值表，我们可以得出故障检测逻辑的逻辑函数式：

Z = NOT(R) AND NOT(A) AND NOT(G)

或者使用最小项表示法，可以得到：

Z = m0

这表示只有当输入为最小项m0（所有输入变量都为0）时，输出Z为1。

在设计电路时，我们需要选择合适的逻辑门来实现这个逻辑函数。例如，我们可以通过一个与非门（NAND）来实现上述逻辑，因为与非门的输出为0仅当所有输入为1时。由于我们的逻辑函数式需要在所有输入为0时输出1，我们可以通过对每个输入和输出取反来实现所需逻辑。具体电路如下：

- 将R、A、G输入通过一个缓冲器（反相器）分别转换为NOT(R)、NOT(A)、NOT(G)
- 将三个缓冲器的输出连接到一个三输入与非门
- 最后，将与非门的输出连接到反相器，得到故障检测信号Z

这样，我们就设计出了一个简单的组合逻辑电路，它可以通过检测所有信号灯都不亮的情况来识别交通信号灯系统是否故障。

为了更深入理解组合逻辑电路的设计和应用，推荐参考《数字电子技术基础：第4章 组合逻辑电路解析》。该章节不仅涵盖了组合逻辑电路的基础知识，还包括了设计方法和实际案例分析，是学习数字电路设计不可或缺的资源。

参考资源链接：[数字电子技术基础：第4章 组合逻辑电路解析](https://wenku.csdn.net/doc/7jrraftuzw?spm=1055.2569.3001.10343)