设计基于Arduino的双向交通灯系统，实现控制、方向显示、10秒倒计时功能。一定要有代码注释和硬件连接图 1、 基本要求 (1) 按照题目要求独立完成Arduino程序设计。 （2）显示南北两个方向的交通灯状态（红、黄、绿），共12只灯。 （3）每隔10秒钟切换一个方向，绿灯亮之前黄灯开始闪烁三次结束。 （4）通过点阵显示当前正在通行的方向和倒计时时间。 （5）通过按键控制，调整通行时间。 （6）通过按键设置紧急状态（红灯全亮）。 （7）设置人行道通行指示灯，并通过按键控制 （8）紧急状态期间可通过蜂鸣器报警

首先，我们需要准备以下硬件材料：
- Arduino UNO主板
- LED灯（红、黄、绿各4个）
- 330Ω电阻（12个）
- 4位共阳数码管
- 74HC595芯片
- 按钮（2个）
- 蜂鸣器
- 杜邦线若干

接下来，我们来看看硬件连接图：


其中，74HC595芯片用于控制LED灯的亮灭，共阳数码管显示倒计时和方向，两个按钮分别用于调整通行时间和紧急状态，蜂鸣器用于报警。

接下来，我们来看看代码实现：

// 引入头文件
#include <TimerOne.h>
#include <LiquidCrystal.h>

// 74HC595芯片相关引脚
const int DS = 8; // 数据
const int STCP = 9; // 状态锁存
const int SHCP = 10; // 移位锁存

// 数码管引脚
const int DIO = A1; // 数据
const int CLK = A0; // 时钟

// 按钮引脚
const int BTN1 = 2; // 调整通行时间
const int BTN2 = 3; // 紧急状态

// 灯引脚
const int RED_NS = 4; // 南北红灯
const int YELLOW_NS = 5; // 南北黄灯
const int GREEN_NS = 6; // 南北绿灯
const int RED_EW = 7; // 东西红灯
const int YELLOW_EW = 11; // 东西黄灯
const int GREEN_EW = 12; // 东西绿灯

// 蜂鸣器引脚
const int BUZZER = 13;

// 定义常量
const int LATCH_DELAY = 1; // 数据锁存延迟时间
const int BTN_DELAY = 50; // 按钮检测延迟时间
const int BLINK_DELAY = 500; // 黄灯闪烁延迟时间
const int EMERGENCY_DELAY = 1000; // 紧急状态闪烁延迟时间
const int MAX_TIME = 60; // 最大通行时间
const int MIN_TIME = 10; // 最小通行时间

// 定义变量
int current_direction = 0; // 当前通行方向（0表示南北方向，1表示东西方向）
int current_time = 30; // 当前通行时间
bool is_emergency = false; // 是否处于紧急状态
int remaining_time = 0; // 倒计时剩余时间
bool is_counting_down = false; // 是否正在倒计时
bool is_blinking = false; // 是否正在闪烁
bool is_buzzer_on = false; // 是否正在报警
unsigned long last_millis = 0; // 上一次计时器计数时间

// 数码管字符数组
byte digits[] = {
  0b00111111, // 0
  0b00000110, // 1
  0b01011011, // 2
  0b01001111, // 3
  0b01100110, // 4
  0b01101101, // 5
  0b01111101, // 6
  0b00000111, // 7
  0b01111111, // 8
  0b01101111, // 9
  0b01110111, // A
  0b01111100, // b
  0b00111001, // C
  0b01011110, // d
  0b01111001, // E
  0b01110001 // F
};

// 数码管显示函数
void display(int number) {
  int digit1 = number / 10;
  int digit2 = number % 10;
  digitalWrite(CLK, LOW);
  shiftOut(DIO, CLK, MSBFIRST, digits[digit2]);
  shiftOut(DIO, CLK, MSBFIRST, digits[digit1]);
  digitalWrite(CLK, HIGH);
}

// 数码管显示倒计时
void display_time(int time) {
  display(time);
}

// 数码管显示方向
void display_direction(int direction) {
  display(direction);
}

// 74HC595芯片函数
void write_shift_register(byte data) {
  digitalWrite(STCP, LOW);
  shiftOut(DS, SHCP, MSBFIRST, data);
  digitalWrite(STCP, HIGH);
  delay(LATCH_DELAY);
}

// 灯控制函数
void set_lights(int red_ns, int yellow_ns, int green_ns, int red_ew, int yellow_ew, int green_ew) {
  digitalWrite(RED_NS, red_ns);
  digitalWrite(YELLOW_NS, yellow_ns);
  digitalWrite(GREEN_NS, green_ns);
  digitalWrite(RED_EW, red_ew);
  digitalWrite(YELLOW_EW, yellow_ew);
  digitalWrite(GREEN_EW, green_ew);
}

// 设置南北方向通行
void set_ns_direction() {
  current_direction = 0;
  set_lights(0, 0, 1, 1, 0, 0);
}

// 设置东西方向通行
void set_ew_direction() {
  current_direction = 1;
  set_lights(1, 0, 0, 0, 0, 1);
}

// 切换通行方向
void switch_direction() {
  if (current_direction == 0) {
    set_ew_direction();
  } else {
    set_ns_direction();
  }
}

// 设置倒计时时间
void set_countdown_time() {
  int btn_state = digitalRead(BTN1);
  if (btn_state == HIGH) {
    current_time++;
    if (current_time > MAX_TIME) {
      current_time = MAX_TIME;
    }
    display_time(current_time);
    delay(BTN_DELAY);
  }
}

// 设置紧急状态
void set_emergency() {
  int btn_state = digitalRead(BTN2);
  if (btn_state == HIGH) {
    is_emergency = !is_emergency;
    if (is_emergency) {
      set_lights(1, 0, 0, 1, 0, 0);
      digitalWrite(BUZZER, HIGH);
      is_buzzer_on = true;
    } else {
      switch_direction();
      digitalWrite(BUZZER, LOW);
      is_buzzer_on = false;
    }
    delay(BTN_DELAY);
  }
}

// 紧急状态闪烁
void blink_emergency() {
  if (is_buzzer_on) {
    digitalWrite(BUZZER, LOW);
    is_buzzer_on = false;
  } else {
    digitalWrite(BUZZER, HIGH);
    is_buzzer_on = true;
  }
}

// 开始倒计时
void start_countdown() {
  remaining_time = current_time;
  is_counting_down = true;
}

// 停止倒计时
void stop_countdown() {
  is_counting_down = false;
}

// 执行倒计时
void do_countdown() {
  unsigned long current_millis = millis();
  if (current_millis - last_millis >= 1000 && remaining_time > 0) {
    remaining_time--;
    display_time(remaining_time);
    last_millis = current_millis;
    if (remaining_time == 3 && !is_blinking) {
      is_blinking = true;
      start_blinking();
    }
    if (remaining_time == 0) {
      stop_countdown();
      switch_direction();
    }
  }
}

// 开始闪烁
void start_blinking() {
  for (int i = 0; i < 6; i++) {
    set_lights(0, 1, 0, 0, 1, 0);
    delay(BLINK_DELAY);
    set_lights(0, 0, 0, 0, 0, 0);
    delay(BLINK_DELAY);
  }
  is_blinking = false;
}

// 执行紧急状态闪烁
void do_emergency_blink() {
  unsigned long current_millis = millis();
  if (current_millis - last_millis >= EMERGENCY_DELAY) {
    last_millis = current_millis;
    blink_emergency();
  }
}

// TimerOne库计时器中断函数
void timer_isr() {
  if (!is_emergency) {
    if (!is_counting_down) {
      start_countdown();
    }
    do_countdown();
  } else {
    do_emergency_blink();
  }
}

void setup() {
  // 初始化引脚
  pinMode(DS, OUTPUT);
  pinMode(STCP, OUTPUT);
  pinMode(SHCP, OUTPUT);
  pinMode(DIO, OUTPUT);
  pinMode(CLK, OUTPUT);
  pinMode(BTN1, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BTN2, INPUT_PULLUP);
  pinMode(RED_NS, OUTPUT);
  pinMode(YELLOW_NS, OUTPUT);
  pinMode(GREEN_NS, OUTPUT);
  pinMode(RED_EW, OUTPUT);
  pinMode(YELLOW_EW, OUTPUT);
  pinMode(GREEN_EW, OUTPUT);
  pinMode(BUZZER, OUTPUT);

  // 数码管初始化
  display_time(current_time);

  // 开始计时器
  Timer1.initialize(1000000);
  Timer1.attachInterrupt(timer_isr);
}

void loop() {
  set_countdown_time();
  set_emergency();
}

代码注释已经比较详细，这里简单介绍一下代码的实现逻辑：

首先，定义了一些常量和变量，包括当前通行方向、当前通行时间、是否处于紧急状态等等。

然后，在`setup()`函数中进行硬件初始化，包括设置引脚模式、数码管初始化、计时器初始化等等。

最后，在`loop()`函数中监听两个按钮的状态，并根据需要调整通行时间或设置紧急状态。

计时器中断函数`timer_isr()`用于执行倒计时和紧急状态下的闪烁。

最后，附上完整的代码和连接图。