题目一：交通灯设计 一 实训任务 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。 二 实训要求 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6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）。 2、发挥部分 1、设置人行道通行指示灯，并通过按键控制 2、紧急状态期间可通过蜂鸣器报警 3、其它。

为了实现上述要求，可以按照以下步骤设计Arduino程序：

1. 定义引脚

首先需要定义每个交通灯的引脚，以及点阵和按键的引脚，例如：

#define LED_NS_RED 2
#define LED_NS_YELLOW 3
#define LED_NS_GREEN 4
#define LED_EW_RED 5
#define LED_EW_YELLOW 6
#define LED_EW_GREEN 7
#define DOT_MATRIX Data
#define BUTTON_UP 8
#define BUTTON_DOWN 9
#define BUTTON_EMERGENCY 10
#define BUZZER 11

2. 初始化引脚

在`setup()`函数中，需要初始化每个引脚的状态，例如：

void setup() {
  pinMode(LED_NS_RED, OUTPUT);
  pinMode(LED_NS_YELLOW, OUTPUT);
  pinMode(LED_NS_GREEN, OUTPUT);
  pinMode(LED_EW_RED, OUTPUT);
  pinMode(LED_EW_YELLOW, OUTPUT);
  pinMode(LED_EW_GREEN, OUTPUT);
  pinMode(DOT_MATRIX, OUTPUT);
  pinMode(BUTTON_UP, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BUTTON_DOWN, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BUTTON_EMERGENCY, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BUZZER, OUTPUT);
}

3. 控制交通灯状态

需要编写函数来控制交通灯的状态，例如：

void setLights(int nsRed, int nsYellow, int nsGreen, int ewRed, int ewYellow, int ewGreen) {
  digitalWrite(LED_NS_RED, nsRed);
  digitalWrite(LED_NS_YELLOW, nsYellow);
  digitalWrite(LED_NS_GREEN, nsGreen);
  digitalWrite(LED_EW_RED, ewRed);
  digitalWrite(LED_EW_YELLOW, ewYellow);
  digitalWrite(LED_EW_GREEN, ewGreen);
}

其中，`nsRed`、`nsYellow`、`nsGreen`、`ewRed`、`ewYellow`、`ewGreen` 分别代表南北方向的红、黄、绿灯和东西方向的红、黄、绿灯的状态。可以通过调用这个函数来控制交通灯状态。

4. 控制倒计时

可以使用`delay()`函数来实现倒计时，例如：

void countdown(int seconds) {
  for (int i = seconds; i >= 0; i--) {
    displayDirection();
    displayCountdown(i);
    delay(1000);
  }
}

其中，`seconds`代表倒计时的秒数。在倒计时期间，可以通过点阵显示当前交通方向和倒计时时间，分别通过`displayDirection()`和`displayCountdown()`函数实现。

5. 控制黄灯闪烁

可以使用`for`循环来控制黄灯闪烁，例如：

void blinkYellow(int times) {
  for (int i = 0; i < times; i++) {
    setLights(0, 1, 0, 0, 1, 0);
    delay(500);
    setLights(0, 0, 0, 0, 0, 0);
    delay(500);
  }
}

其中，`times`代表黄灯闪烁的次数。在黄灯闪烁期间，需要让南北方向和东西方向的黄灯同时闪烁。

6. 控制交通方向切换

可以编写函数来控制交通方向的切换，例如：

void switchDirection() {
  setLights(1, 0, 0, 0, 0, 1); // 红灯亮
  delay(5000); // 等待5秒
  blinkYellow(3); // 黄灯闪烁三次
  setLights(0, 0, 1, 1, 0, 0); // 绿灯亮
  countdown(10); // 倒计时10秒
}

在这个函数中，首先将南北方向和东西方向的红灯同时亮起，等待5秒钟后，黄灯开始闪烁，闪烁三次后，南北方向绿灯亮起，同时点阵显示南北方向的箭头，进行倒计时。

7. 控制按键

可以使用`digitalRead()`函数来读取按键状态，例如：

void checkButtons() {
  if (digitalRead(BUTTON_UP) == LOW) {
    countdownTime++;
  }
  if (digitalRead(BUTTON_DOWN) == LOW) {
    countdownTime--;
  }
  if (digitalRead(BUTTON_EMERGENCY) == LOW) {
    emergency();
  }
}

其中，`countdownTime`代表倒计时时间，按下“+”键可以增加倒计时时间，按下“-”键可以减少倒计时时间，按下紧急按钮可以进入紧急状态。

8. 控制点阵显示

可以使用`shiftOut()`函数来控制点阵显示，例如：

void displayDirection() {
  byte direction = 0b00000000;
  if (currentDirection == NORTH_SOUTH) {
    direction = 0b00000101;
  } else if (currentDirection == EAST_WEST) {
    direction = 0b00001010;
  }
  digitalWrite(DOT_MATRIX_CS, LOW);
  shiftOut(DOT_MATRIX, DOT_MATRIX_CLOCK, MSBFIRST, direction);
  digitalWrite(DOT_MATRIX_CS, HIGH);
}

其中，`currentDirection`代表当前通行的方向，可以根据这个值来显示对应的箭头。

9. 控制蜂鸣器

可以使用`tone()`函数和`noTone()`函数来控制蜂鸣器，例如：

void emergency() {
  setLights(1, 0, 0, 1, 0, 0); // 红灯全亮
  tone(BUZZER, 1000); // 蜂鸣器报警
  delay(5000);
  noTone(BUZZER);
  setLights(0, 0, 0, 0, 0, 0); // 所有灯熄灭
}

在这个函数中，首先将南北方向和东西方向的红灯同时亮起，蜂鸣器报警，等待5秒钟后，蜂鸣器停止报警，所有灯熄灭。

完整的程序代码如下：