logisim中设计一个位于十字路口的交通信号灯控制系统

Question

要求如下：
南北方向和东西方向的两组交通信号灯交替显示红灯、黄灯和绿灯，各信号灯的默认持续时间分别为红灯45秒、
黄灯5秒、绿灯40秒。红灯表示禁止通行，黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆停止
通行。绿灯变为为红灯时需先经过5秒的黄灯状态，再切换为红灯。南北方向和东西方向的车辆不可同时处于通行
状态。
每个方向都设有行人过街按钮。按下按钮后，若当前信号灯为绿色，其会在3秒后切换到黄灯，5秒之后再切换为
红灯，允许行人通行，行人通行的时间固定为10秒。若当前绿灯状态原本的剩余时间不足3秒，则忽略该按钮事
件。
当紧急状态发生时，可以通过紧急按钮立即将所有信号灯直接设为红色，禁止所有车辆通行。
每组交通信号灯均使用七段数码管显示当前信号灯的剩余时间。紧急状态时数码管不显示任何内容。
复位按钮可以重置交通信号灯的状态。
可以自行增加一些具体的规则或功能，使该系统的运行更加符合实际需求。
说明设计过程，并使用仿真工具验证该控制系统的正确性。
数字逻辑设计

Answer 1

🕗晚上好，题主！目前：🟢[在线]
📢参考通义千问、由郭老师整理提供！
📣今日诗号：我心匪石，不可转也。

设计这样一个交通信号灯控制系统需要考虑多个方面，包括信号灯的定时控制、行人按钮的处理、紧急按钮的功能、以及信号灯状态的显示等。以下是一个基于Logisim的设计思路和部分实现细节。

设计思路

1. 主控制器

• 主控制器负责管理南北和东西方向的信号灯的定时和切换。
• 使用计数器来记录每个信号灯的状态持续时间（红灯45秒、黄灯5秒、绿灯40秒）。
• 通过有限状态机(FSM)来控制信号灯的切换顺序（红->绿->黄->红）。

2. 行人按钮处理

• 行人按钮触发条件检查（当前绿灯且剩余时间超过3秒）。
• 触发后，计时器从当前状态切换到黄灯状态，然后切换到红灯，持续10秒。

3. 紧急按钮

• 紧急按钮触发后，立即设置所有信号灯为红灯，并禁用所有计时器和显示。

4. 数码管显示

• 使用七段数码管显示剩余时间。
• 紧急状态下，数码管不显示内容。

5. 复位功能

• 提供一个复位按钮，用于将所有信号灯和计时器重置到初始状态。

Logisim中的实现步骤

1. 主控制器与计时器

• 使用计数器模块来生成45秒、40秒和5秒的计时。
• 利用有限状态机来控制红、绿、黄灯的切换顺序。

FSM State:
    R (Red)
    G (Green)
    Y (Yellow)

2. 行人按钮处理

• 创建一个状态机来处理行人按钮事件。
• 当行人按钮被按下且当前绿灯剩余时间大于3秒时，开始计时3秒后变为黄灯，再5秒后变为红灯，持续10秒。

3. 紧急按钮

• 设置一个全局变量或标志位来标识紧急状态。
• 在紧急状态下，所有信号灯设置为红灯，数码管不显示内容。

4. 数码管显示

• 使用七段数码管组件显示每个信号灯的剩余时间。
• 紧急状态下，数码管显示空白。

5. 复位功能

• 创建一个复位按钮，当按下时，将所有信号灯和计时器重置到初始状态。

仿真验证

在Logisim中，你可以通过创建一个电路图并连接上述各个模块来完成整个系统的设计。然后使用Logisim的仿真工具来验证各个功能是否按预期工作：

• 测试主控制器的定时和信号灯切换逻辑。
• 检查行人按钮和紧急按钮的功能。
• 验证数码管显示和复位功能。

示例代码（概念）

由于Logisim是图形化工具，没有传统意义上的“代码”，但可以描述一些关键逻辑：

// FSM for traffic lights (简化版)
state = R
next_state = state
if state == R and time >= 45:
    next_state = G
else if state == G and time >= 40:
    next_state = Y
else if state == Y and time >= 5:
    next_state = R

// Pedestrian button handler (简化版)
if pedestrian_button_pressed and current_light == Green and remaining_time > 3:
    countdown_to_yellow = 3
    countdown_to_red = 5
    pedestrian_mode = True

// Emergency button handler (简化版)
if emergency_button_pressed:
    all_lights = Red
    display = None

这个设计提供了一个基本框架，具体实现细节可以根据实际需求进行调整和完善。