十字路口交通灯控制系统设计：功能与扩展

“交通灯设计-功能分析实验报告” 在本次“交通灯控制与显示电路”的综合设计实验中，学生柯友爱将通过一系列步骤来掌握数字电路设计的关键技能。实验的目标包括理解组合逻辑和时序逻辑电路设计，提升数字系统综合设计能力，以及学会软件仿真和硬件调试。实验分为四个阶段：方案设计、组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计，以及最终使用CPLD/FPGA器件实现整个交通灯控制系统。 实验中涉及的交通灯系统不仅包括基本的红绿黄三色灯控制，还包含了多种扩展功能。基本功能参照图1所示，确保车辆和行人的安全通行。扩展功能如下： 1. 特殊状态控制功能：设计了一个开关来处理紧急情况，如紧急车辆通行。在无紧急车辆时，信号灯按照常规时序工作。若有紧急车辆，开启特殊状态开关，会强制两个方向的红灯亮起，禁止所有车辆通行，同时停止计时。特殊状态结束后，系统自动恢复原设定状态继续运行。 2. 信号灯点亮时间预置功能：允许控制电路根据实际需求调整红绿黄灯的亮灯时间，以适应不同时间段的交通流量。 3. 故障报警功能（选做）：如果检测到任何路口的交通灯熄灭或异常点亮，控制电路会发出警报，提示可能存在的问题，确保系统的可靠性和安全性。 设计任务包括定义交通灯的状态，创建状态表，设计状态转换图，以及构建满足功能需求的电路模块图。例如，东西方向的绿灯亮起时间(Te)是南北方向的禁行时间，南北方向的绿灯亮起时间(Ts)则是东西方向的禁行时间，黄灯的亮起时间(Ty)对两个方向都相同。设计者需要考虑这些时间和状态之间的逻辑关系，创建出符合交通规则的状态转换流程。 整个实验过程中，学生将运用到组合逻辑（用于处理无记忆的逻辑运算）和时序逻辑（处理具有记忆功能的电路，如计数器）知识。此外，通过CPLD/FPGA器件的使用，学生还能了解到现代可编程逻辑器件在实现复杂系统中的应用。 这个实验不仅强化了理论知识，还锻炼了学生的实践操作技能，使他们能够在数字电路设计领域具备更强的竞争力。