基于51单片机的高速公路收费系统

摘 要：本设计是一个基于小型收费站的高速公路收费系统设计，本系统包括硬件部分和软件部分两部分组成：硬件部分：在硬件部分中，设计了键盘扫描电路，便于对车牌号、价格等信息的输入和修改，液晶显示电路，用于显示车牌号和要收取的费用，指示灯电路用于指示是否放行，继电器电路用于控制升降杆的开关。软件部分：软件部分包括键盘扫描程序的设计，通过P1口对14个按键进行扫描控制，键盘设计中，加入了车牌号输入完成与否的控制，车牌号修改控制，价格输入完成和修改控制，升降杆开关控制等，另外程序实现了LCD1602的显示操作。

关键词：STC89C51；LCD11602；键盘扫描收费系统

一、硬件基础

（一）STC89C51单片机简介

STC系列单片机是美国STC公司最新推出的一种新型51内核的单片机。片内含有Flash程序存储器、SRAM、UART、SPI、A＼D、PWM等模块。该器件的基本功能与普通的51单片机完全兼容。

STC89C51单片机主要功能、性能参数：（1）内置标准51内核，机器周期：增强型为6时钟，普通型为12时钟；（2）工作频率范围：0～40MHZ，相当于普通8051的0～80MHZ；（3）STC89C5xRC对应Flash空间：4KB＼8KB＼15KB；（4）内部存储器（RAM）：512B；（5）定时器＼计数器：3个16位；（6）通用异步通信口（UART）1个；（7）中断源：8个；（8）有ISP（在系统可编程）＼IAP（在应用可编程），无需专用编程器＼仿真器；（9）通用I＼O口：32＼36个；（10）工作电压：3.8～5.5V；

（二）液晶显示LCD1602简介

字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。LCD1602分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。

1、1602LCD的基本参数

1602LCD主要技术参数；显示容量：16扛鲎址恍酒ぷ鞯缪梗.5-5.5V；工作电流：2.0mA（5.0V）；模块最佳工作电压：5.0V。

2、1602LCD的RAM地址映射及标准字库表

液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符。

二、硬件组成单元设计

（一）键盘输入设计

常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口。

本设计采用4*4矩阵键盘输入，这种就口方式适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行，列的交叉点上。矩阵键盘的工作原理是按键设置再行，列交点是，行，列线分别连接到按键开关的两端。行线通过是拉电阻接到+5V上。平时无按键按下时，行线电平处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由此电平相连接的列线电平决定。列线电平为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平也为高。这是识别矩阵键盘是否按下的关键所在。由于矩阵键盘中行列线为多键共用，个键盘均影响该键所在行和列的电平，因此，各按键彼此将相互影响，所有必须将行列线信号配合起来并作适当处理，才能觉得闭合键位置。

（二）lcd1602显示单元方案设计

在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单，液晶显示器的主要有12864和1602，由于本系统设计不需要显示过多的字符，所以用1602足以。

（三）升降杆控制电路

当车牌号和收费都完成以后，点击确定完成升降杆的升起动作，当车辆过去以后，升降杆再落下，具体设计电路时控制一个继电器，外接一个指示灯，通过指示灯的亮灭模拟升降杆的开关。

（四）单片机复位电路设计

单片机在开机时都需要复位，以便于中央处理器以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机的复位后时靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚时出现24个时钟震荡脉冲以上的高电平，单片机便可以实现初始化状态复位。

（五）时钟电路设计

在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器，就构成了内部震荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生震荡时钟脉冲。

三、软件设计与调试

（一）本系统主要设计程序简述

首先是初始化，接着输入车牌号（如果输入错误修改），点击确定输入按钮，显示器显示是否输入完成？如果全部输入完成，点击确定按钮，绿色指示灯亮，继电器控制升降杆升起，车辆放行通过。

（二）protues中仿真

本设计在protues中的总图

参考文献：

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[5]肖统民.基于单片机控制的自动停车收费管理系统[J].现代计算机，2007，（5）.

[6]王静霞.单片机应用技术（C语言版）[M].北京：电子工业出版社，2009.

作者简介：曹怡然（1989.6-），男，甘肃兰州人，西华师范大学教育学院现代教育技术专业 2012级硕士研究生，主要从事教育技术专业的研究。