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1、精品学习资源题目:基于 51 单片机地简易数字电压表地设计系部:专业:班级:同学姓名:学号:指导老师:日期:欢迎下载精品学习资源同学姓名专业班级信息工程技术 08.2指导老师目录毕业设计任务书0开题报告错误!未定义书签;摘要错误!未定义书签;关键词2引 言2第一章 A/D 转换器41 1A/D 转换原理41. 2 ADC 性能参数51 2 1 转换精度51. 2 2. 转换时间错误!未定义书签;1 3 常用 ADC 芯片概述8其次章 8OC51 单片机引脚9第三章 ADC0809103.1 ADC0809 引脚功能103.2 ADC0809 内部结构123.3ADC0809 与 80C51 地
2、接口133.4 ADC0809 地应用指导143.4.1 ADC0809 应用说明143.4.2 ADC0809 转换终止地判定方法143.4.3 ADC0809 编程方法15第四章 硬件设计分析154.1 电源设计154.2 关于 74LS02, 74LS04164.3 74LS373 概述164.3.1 引脚图164.3.2 工作原理164.4 简易数字电压表地硬件设计18结 论18参考文献18附录错误!未定义书签;致谢21毕业设计任务书欢迎下载精品学习资源论文题目基于 51 单片机地简易数字电压表地设计目标:基于 MCS 51 单片机,对设计硬件电路和软件程序应用地设计,使用发光二极管来
3、显示所要测试模拟电压地数字电压值.内容:设计符合要求地原理图,完成硬件电路设计,设计符合要求地软件.方法:分阶段,分模块设计,先自己查找相关资料,熟识设计要达到地目标,然后进行硬件电路地设计,最终实现软件设计,并且书写规范地设计论文.研究地目标、内容及方法分1、2021 年 9 月 1 日之前查阅资料,进行功能分析、完成总体方案设计.阶段2、2021 年 9 月 15 日之前完成各单元电路地设计.完3、2021 年 10 月 1 日之前完成各模块软件地设计.成4、2021 年 10 月 15 日之前完成系统仿真及调试.地5、2021 年 10 月 25 日之前进行排错、改进,完成设计报告地撰写
4、.工作6、离校顶岗实习之前进行设计答辩.系(部) 主 任看法随着我国现代化技术建设地进展,电子检测技术日新月异, 本此设计基于80C51 单片机地一种 8 路输入电压测量电路,该电路采纳ADC0809 A/D 转换元件,实现数字电压表地硬件电路与软件设计.该系统地数字电压表电路简洁 , 可以欢迎下载精品学习资源测量 05V 地电压值 ,并在四位 LED 数码管上轮番显示或单路挑选显示 .所用地元件较少 ,成本低 ,调剂工作可实现自动化 .仍可以便利地进行 8 路 A/D 转换量地测量,远程测量结果传送等功能 .With the construction of modern technology
5、, electronic detection technology advances, the 80C51microcontroller for this design is based on an 8-input voltage measurement circuit that uses ADC0809 A / D conversion components, digital voltage meter hardware and software design . The systems digital voltmeter circuit is simple, can measure the
6、 voltage 0 5V, and the four turns on the LED digital display or a singleselect Show. Fewer components used in low cost, regulation work can be automated. You can also easily 8A / D conversion volume measurement, remote measurement transfer functions.关键词数字电压表 单片机 A/D 转换 AT80C51Digital voltmeter micro
7、controller A / D conversionAT80C51欢迎下载精品学习资源引 言数字电压表简称 DVM ,它是采纳了数字化测量技术,把连续模拟量(直流输入电压)转换成不连续,离散地数字形式加以现实地外表.传统地指针是电压表功能单一,精度低,不能满意数字化时代地需求,采纳单片机地数字电压表,由精度高,抗干扰才能强,可扩展性强,集成便利,不行与PC 进行实时通信.目前由各种单片机A/D 转换器构成地数字电压表,已被广泛地应用为电子及其电工地测量,工业自动化外表,自动测试系统等智能化测量领域,显示出 强大地生命力 .数字电压表是诸多数字化外表地核心与基础,电压表地数字化是将连续地模拟量
8、如直流电压转换成不连续地离散地数字形式,并加以显示,这 有别于传统地指针加刻度盘进行读数地方法,防止了读数地视差和视觉地疲劳,目前数字电压表地核心部件是A/D 转换器,转换器地精度很大程度上影响着数字电压表地精确度 .本设计主要分为两部分:硬件电路及软件程序.而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D 转换电路、 LED 显示电路,各部分电路地设计及原理将会在硬件电路设计部分具体介绍;程序地设计使用汇编语言编程,利用纬福软件对其编译,具体地设运算法将会在程序设计部分具体介绍.欢迎下载精品学习资源第一章 A/D 转换器1.1 1A/D 转换原理模拟量可以是电压、电流等电信号,也可以是压力、温
9、度、湿度、位移、声音等非电信号 .但在 A/D 转换前,输入到 A/D 转换器地输入信号必需经各种传感器把各种物理量转换成电压信号 .A/D 转换器地工作原理主要介绍以下三种方法: 1. 逐次靠近法逐次靠近式 A/D 是比较常见地一种 A/D 转换电路,转换地时间为微秒级.图 1.1 逐次靠近法原理逐次靠近法转换过程是:初始化时将逐次靠近寄存器各位清零;转换开头时,先将逐次逼 近寄存器最高位置1,送入 D/A 转换器,经 D/A 转换后生成地模拟量送入比较器,称为 o,与送入比较器地待转换地模拟量i 进行比较,如 oi ,该位 1 被保留,否就被清除.然后再置逐次靠近寄存器次高位为1,将寄存器
10、中新地数字量送D/A 转换器,输出地 o 再与 i 比较,如 oi ,该位 1 被保留,否就被清除 .(2) 双积分法采纳双积分法地 A/D 转换器由电子开关、积分器、比较器和掌握规律等部件组成.如图 1.2 所示.基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比地时间间隔,再把此时间间隔转换成数字量,属于间接转换 .欢迎下载精品学习资源双积分法图 1.2 双积分式 A/D 转换地原理框双积分法 A/D 转换地过程是:先将开关接通待转换地模拟量i, i 采样输入到积分器, 积分器从零开头进行固定时间地正向积分,时间到后,开关再接通与i 极性相反地基准电压 F,将 F 输入到积分器,进行反向积分,直到
11、输出为0V 时停止积分 .i 越大,积分器输出电压越大,反向积分时间也越长.计数器在反向积分时间内所计地数值,就是输入模拟电压 i 所对应地数字量,实现了A/D 转换 .(3) 电压频率转换法采纳电压频率转换法地A/D 转换器,由计数器、掌握门及一个具有恒定地时钟门掌握信号组成,如图 1.3 所示:图 1.3 电压频率转换法原理电压频率转换法地工作过程是:当模拟电压V/I 加到 V/F 地输入端,便产生频率 F 与 Vi 成正比地脉冲,在肯定地时间内对该脉冲信号计数,时间到,统计到计数器地计数值正比于输入电压Vi,从而完成 A/D 转换.1.2 ADC 性能参数目前地实时信号处理机要求 ADC
12、尽量靠近视频、中频甚至射频,以猎取尽可能多地目标信息 . 因而, ADC地性能好坏直接影响整个系统指标地高低和性能欢迎下载精品学习资源好坏,从而使得 ADC地性能测试变得非常重要,表征ADC性能地参数,由于尚无统一地标准,各主要器件生产厂家在其产品参数特性表中给出地也不完全一 致. 一般来说,可以分为静态特性和动态特性参数.121 ADC静态特性ADC地静态特性是指其与时间特性无关地特性,主要包括以下几类:1) 辨论率ADC地辨论率定位为二进制末位变化 1 所需地最小输入电压与参考电压地比值,即 ADC能够辨论地最小地模拟量地变化.2) 量化误差量化电平定义为满量程电压(或满度信号值)UFSR
13、与 2 地 N次幂地比值,其中N位被数字化地数字信号地二进制位数 . 量化电平一般用 Q表示.3) 全输入范畴和动态范畴全输入范畴是指答应输入模拟信号地最大值与最小值之差;动态范畴是指全输入范畴与 ADC最小可辨论地量值之比 .4) 偏置误差和增益误差ADC地偏置误差定义为使最低位被置成“ 1”状态时 ADC地输入电压与理论上使最低位被置成“ 1”状态时地输入电压之差 . 当偏置误差高速为零之后,输出为全 1 时对应地实际输入电压与抱负输入电压之差.1.2.2 ADC 动态特性欢迎下载精品学习资源高速 ADC地动态特性是指输入为交变简谐信号时地性能技术指标,它是与ADC地操作速度有关地特性 .
14、 其主要技术指标如下:1) 转换时间、采集时间转换时间是指从信号开头转换到可获得完整地信号输出所用地时间,它是高速ADC地一项重要指标 .采集时间是指采样保持电路在采样模式下能够保证其在随之到来地保持模式输出在采样保持转换时,相对该时刻存在地输入电平之间地误差将会限制在肯定地误差范畴内所需地时间 .2) 频率响应它是冲击响应地傅立叶变换,其正确表达方式是幅频与相频曲线,从系统辨识地角度看这是在频域对 ADC动态线性特性地非参数模型描述 .3) 动态积分非线性误差和动态微分非线性误差动态积分非线性误差( INL)定义为在动态情形下(一般输入信号为正弦信号), ADC实际转换特性曲线之间地最大偏差
15、 . 每个数码地偏差都是由那个数码地中心值来度量地 .动态微分非线性误差( DNL)定义为在动态情形下(一般输入信号为正弦信号), ADC实际转换特性地码宽( 1LSB)与抱负代码宽度之间地最大偏差,单位为 LSB.为了保证 ADC不失码,通常规定在 25oC时最大 DNL为 1/2LSB.4) 信噪比、信噪失真比和有效位数信噪比( SNR)是信号电平地有效值与各种噪声(包括量化噪声、热噪声、白噪声等)有效值之比地分贝数 . 其中信号是指基波重量地有效值,噪声指奈奎斯特频率以下地全部非基波重量地有效值(除谐波重量和直流重量外).欢迎下载精品学习资源5) 小信号带宽和全功率带宽ADC地模拟带宽是
16、指输入扫描频率基波在ADC输出端用 FFT分析得到地基波频谱下降到 3dB处地带宽(不考虑谐波失真和噪声影响). 依据输入信号幅值不同,模拟带宽又可以分为小信号带宽(SSBW,一般指 1/10 满量程)和全功率带宽( FPBW,指满量程) .1.2.3 ADC 性能测试ADC测试方法主要有两种:模拟方法和数字方法. 前者是将 A/D 采集地数字信号经 D/A 转换位模拟信号再用传统地测试方法对其进行测试,优点是易于懂得,缺点是很多 A/D 采集卡本身不带 D/A,即或有, D/A 地性能也将影响 A/D 指标地测试;1.3 3 常用 ADC 芯片概述A/D 转换器是用来通过肯定地电路将模拟量转
17、变为数字量.模拟量可以是电压、电流等电信号,也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号.但在 A/D 转换前,输入到 A/D 转换器地输入信号必需经各种传感器把各种物理量转换成电压信号 .欢迎下载精品学习资源其次章 8OC51 单片机引脚图 2.1 80C51 引脚总线型 DIP40 引脚封装电源引脚( 2 个) VCC:接+5V 电源.GND:接地端 .外接晶体引脚( 2 个)XTAL1 :外接晶振输入端(采纳外部振荡器时,此引脚接地).XTAL2 :外接晶振输入端(采纳外部振荡器时,此引脚作为外部振荡信号输入端) .并行输入 /输出引脚( 32 个) P0.0P0.7:通用 I/O 引
18、脚.P1.0P1.7:通用 I/O 引脚.P2.0P2.7:通用 I/O 引脚或数据低 8 位地址总线复用引脚 .P3.0P3.7:通用 I/O 引脚或其次功能引脚( RXD 、TXD 、INT0 、INT1 、T0、T1、WR 、 RD).掌握引脚( 4 个)欢迎下载精品学习资源RST/VPD :复位信号输入引脚 /备用电源输入引脚 . ALE/PROG:地址锁存答应信号输出引脚 /编程脉冲输入引脚 .EA/VPP:内、外储备器挑选引脚 /片内 EPROM或 Flatiron 编程电压输入引脚.PSEN:片外程序储备器读选通信号输出引脚.第三章 ADC08093.1 ADC0809 引脚功能
19、ADC0809 地引脚如下列图,下面对引脚功能做简要说明:图 3.1 ADC0809 引脚IN0IN7 :8 个模拟量地输入端 . D0D7:8 位数字量输出端 .START:启动 A/D 转换,加正脉冲后 A/D 转换开头 .EOC:转换终止信号 .转换开头时, EOC 信号变低电平;转换终止时, EOC 信号返回高电平 .该信号可以作为 CPU 查询 A/D 转换是否完成地信号,也可以作为向 CPU 发出中断申请地信号 .OE:输出答应信号,输入高电平有效 .OE 端地电平由低变高时,转换结果被送到数据线上 .此信号有效时, CPU 可以从 ADC0809 中读取数据,同时也可以作为 AD
20、C0809 地片选信号 .欢迎下载精品学习资源表 2 地址与模拟量通道之间地对应关系CLK :实时时钟,频率范畴为 10KHZ1280KHZ ,典型值为 640KHZ.ALE: 通道地址 锁存 答应信号, 输 入高电平 有效 . 在 ALE=1时, 锁存ADDAADDC, 选中模拟量输入 .ADDCADDC :通道地址挑选输入,其排列次序从低到高依次为ADDA 、ADDB 、 ADDC. 该地址与 8 个模拟量输入,通道地对应关系如表1 所示:VREF+ 、VREF- 正负参考电压 .一般情形下, VREF+接+5V,VREF- 接地.此时地转换关系如表 2 所示:VCCGND :工作电源和接
21、地输入模拟电压表 1 ADC0809输出数字量地输入输出关系输入模拟量输出数字量00000 0000B.511112.51000 0000BADDCADDBADDA选中通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7欢迎下载精品学习资源3.2 ADC0809 内部结构模拟量 输入IN0IN7掌握与时序EOC转换终止8 路模拟量选择A开关逐次靠近寄存器 SAR三输锁缓器态出存冲数 字 量输出电压比较器D0D7树状开关ADDA ADDB ADDC地址挑选址存地锁与8 位 A/D 转换器译码内部电阻网络地 址 锁 存STARTCLK欢迎下载精品学习
22、资源ALEVcc GND+-OE输 出 允许图 3.2 ADC0809 内部结构ADC0809 地内部结构如下列图,它包含以下几部分:(1)8 路模拟量挑选开关依据地址锁存与译码装置所供应地地址,从8 个输入地 0V5V 模拟量中挑选一个输出 .(2)8 位 A/D 转换器能对所挑选地模拟量进行 A/D 转换.(3)3 位地址码地锁存与译码装置对所输入地 3 位地址码进行锁存和译码,并将地址挑选结果送给8 路模拟量挑选开关 .(4)三态输出地锁存缓冲器是 TTL 结构,负责输出转换地最终结果 .此结果可直接连接到单片机地数据总线上.欢迎下载精品学习资源3.3 ADC0809 与 80C51 地
23、接口图 3.3 80C51 与 ADC0809 地接口图ADC0809 与 80C51 地接口满意 ADC0809 转换时序地要求,电路如图3.3所示:(1) 地址线与数据线地连接ADC0809 内部输出电路有三态缓冲器,所以8 位输出数据线可以直接和80C51 地 P0口相连.它地通道地址挑选信号 ADDAADDC均经过 74LS373 锁存,与 80C51 地P0 口中地任意 3 根 I/O 口线连接(图中与 P0.0、P0.1、P0.2相连) .(2) 时钟信号地连接ADC0809 必需外接时钟 .该电路中借用 80C51 地 ALE 输出.假如 80C51 地晶振频率太高,就需要对AL
24、E 所输出地脉冲进行分频处理 .例如,晶振频率采纳12MHz 时, ALE 地频率为 2MHz ,经过 4 分频后为 500KHz ,才能与 ADC0809 地 CLK 时钟端相连 .(3) 掌握信号地连接由于 ADC0809 地 ALE 和 START 均为正脉冲,而且基本同步,所以可以由80C51 地 P2.0 和 WR“ 或非 ”而成 .同理, OE 信号也可以由 80C51 地 P2.0 和欢迎下载精品学习资源RD“或非”而成.EOC 信号经 “非”门与 80C51 地 INTI 相连,可申请中断 .3.4 ADC0809 地应用指导3.4.1 ADC0809 应用说明(1) ) AD
25、C0809 内部带有输出锁存器,可以与AT89S51单片机直接相连 .(2) )初始化时,使 ST 和 OE 信号全为低电平 .(3) )送要转换地哪一通道地地址到A,B,C 端口上.(4) )在 ST 端给出一个至少有 100ns宽地正脉冲信号 .(5) )是否转换完毕,我们依据 EOC 信号来判定 .(6) )当 EOC 变为高电平常,这时给 OE 为高电平,转换地数据就输出给单片机了.3.4.2 ADC0809 转换终止地判定方法在 ADC0809 编写程序时,首要问题是如何判定一次 A/D 转换何时终止, 在此基础上才能正确读取转换结果 .常用地判定一次 A/D 转换终止时间地方法有三
26、种.(1) )软件延时法软件延时法是指用软件延时等待一次A/D 转换终止 .延时时间取决于运算和调试而获得地 ADC 完成一次转换所需要地时间 .(2) )中断法中断法利用 EOC 作为向 80C51 申请中断信号 .在主程序中启动 A/D 转换,在连续执行主程序 .在中断服务程序中读取转换结果 .(3) )查询法查询法将 EOC 接至 80C51 地某端口 I/O 口线.启动 A/D 转换后,利用查询该I/O口线引脚电平是否为 0 地方法读取转换结果 .欢迎下载精品学习资源3.4.3 ADC0809 编程方法应用 ADC0809 进行程序设计时,一般要包含以下基本步骤:(1) )初始化设置
27、ADC0809 地 IN0IN7 通道地址,设置存放结果地首单元地址和通道数.(2) )启动 ADC0809即执行一条 “MOVX DPTR”,A 指令产生 WR 信号,使 ALE 、START 有效,锁存通道号并启动 A/D 转换.(3) )判定 A/D 转换是否终止(4) )读取转换结果A/D 转换完成后, EOC 端会发出一个正脉冲,接着执行 “ MOVX A, DPTR” 指令产生 RD 信号,使 OE 端有效,打开锁存器三态门 ,8 位数据就读入单片机中 .第四章 硬件设计分析4.1 电源设计本次设计中利用桥式整流和电容滤波以及7805 集成稳压来输出 +5V 电压,以满意 80C5
28、1,ADC0809 ,74LS373 等器件地工作需求,原理如下:先送通道地址到 ADDAADDC ,由 ALE 锁存通道号地址,再让 START 有效启动 A/D 转换,图 4.1 电源原理欢迎下载精品学习资源4.2 关于 74LS02 ,74LS04图 4.2 a 74LS02 引脚b74LS04 引脚四-2 输入或非门 74LS02 和六反相器 74LS04 均是基本地集成门电路,输出幅度大,带负载才能强,抗干扰才能强,其工作电压为318V.4.3 74LS373 概述4.3.1 引脚图图 4.3 74LS373 引脚4.3.2 工作原理(1) 1 脚是输出访能 OE,是低电平有效 ,当
29、 1 脚是高电平常 ,不管输入 3、4、7、8、13、14、17、18 如何, 也不管 11 脚锁存掌握端 ,G 如何, 输出 2Q1、5Q2、6Q3、9Q4、12Q5、15Q6、16Q7、19Q8全部出现高阻状态 或欢迎下载精品学习资源者叫浮空状态 .(2) 当 1 脚是低电平常 ,只要 11 脚 锁存掌握端 ,G上显现一个下降沿 ,输出2Q1、5Q2、6Q3、9Q4、12Q5、15Q6、16Q7、19Q8立刻出现输入脚 3、4、7、8、13、14、17、18 地状态.锁存端 LE 由高变低时,输出端 8 位信息被锁存,直到 LE 端再次有效 . 当三态门使能信号 OE 为低电平常,三态门导
30、通,答应 Q1Q8 输出, OE 为高电平常,输出悬空 .(3) 74LS373 真值表G输出 Q00保持原输入10输出=输入X1高阻状态0 低电平;1 高电平; X 不定态;Q0 建立稳态前 Q 地电平;G 数据锁存掌握端,与80C51ALE 连高电平,畅通无阻低电平,关门锁存.OE 使能端,接地 .当 G=1 时,锁存器输出端同输入端;当 G 由“1变”为 “0时”,数据输入锁存器中.OE 为输出答应端;当 OE=“0”时,三态门打开;当 OE=“1”时,三态门关闭,输出呈高阻状态 .(4) 74ls373 在单片机系统中地应用当 74LS373 用作地址锁存器时,应使 OE 为低电平,此
31、时锁存使能端C 为高电平常,输出 Q1Q8 状态与输入端 D18 状态相同;当 C 发生负地跳变时,输入端 D1D8 数据锁入 Q1Q8.51 单片机地 ALE 信号可以直接与 74LS373 地 C 连接.在 MCS-51 单片机系统中,常采纳 74LS373 作为地址锁存器使用,其连接方法如上图所示 .其中输入端 D1D8 接至单片机地 P0 口,输出端供应地是低 8 位欢迎下载精品学习资源地址, G 端接至单片机地地址锁存答应信号ALE. 输出答应端 OE 接地,表示输出三态门始终打开 .4.4 简易数字电压表地硬件设计用一片 ADC0809 和必要地外围器件与 80C51 进行接口连接
32、,要求对IN0所输入地模拟电压进行识别,将其转换成相应地二进制数并以发光二极管地势式显示.原理图见附录 .结 论通过这次比较完整地设计,使我们摆脱了单纯地理论学问学习状态,达到了理论与实 践地结合锤炼了我地综合运用所学地专业基础学问,解决实际设计问题地才能,同时,也 提高了我们查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等专业才能水平,而且通过 整体地把握对布局地取舍以及对细节地斟酌处理,都使我们才能得到了锤炼、体会得到了 丰富,抗压才能以及耐力在不同程度上得到了提高,这是我们都想看到地也是我们进行毕 业设计地目地所在 .虽然这次毕业设计内容繁多、过程繁琐但我们收成很多,在这次设计过程中我们不
33、仅对A/D转换芯片ADC0809有了进一步熟识,随着设计地不断深化对它地工作原理、启动设置、转换终止判定及输出等都基本把握,在和老师地沟通沟通地过程中我们对设计有了新地熟识,并且对实物地连接与布局有了新地看法,对我们地专业有了进一步地熟识,期望在以后地试验中吸取更多地体会学会更多地实践学问.欢迎下载精品学习资源参考文献张友德:单片微型机原理、应用和试验、电子工业出版社.吴经国:单片机应用技术,中国电力出版社.李群芳:单片机微型运算机与接口技术,电工业出版社.王吉鹏等:微机原理与接口技术,高等训练出版社.张晔等:单片机应用技术,高等训练出版社.李建忠:单片机原理及应用 .西安:西安电子科技高校出
34、版社 .2004 年谢自美.电子线路设计 试验测试(其次版) .武汉:华中理工出版社 ,2000欢迎下载精品学习资源. 软件设计程序ORG0000H LJMP START ORG0013H LJMPINT_1 ORG0100HSTART: MOV R7, #00H MOV DPTR, #0FEF8H SETB 1T1SETB EA SETB EX1A_D:MOV R0, #00HMOV A, R0 MOVX DPTR, ACJNER7, #00H, $ MOV A, BMOV P1, AMOVR7, #0FFH SJMP A_DINT_1:MOVX A,DPTR MOVB, AMOVR7, #
35、00HRET1END欢迎下载精品学习资源2.硬件原理致谢经过为期两个月地设计,从查阅资料到设计草案地确定,百忙之中张老师在各个环节欢迎下载精品学习资源赐予了我们尽心教诲,使我得以最终完成毕业设计.在论文地设计过程中,由于我们学问匮乏,体会不足,显现了很多问题,但张老师仍 很仔细地对我们进行细心地指导帮忙我们改正错误,在学习中,张老师严谨地治学态度、 丰富渊博地学问、敏捷地学术思维、精益求精地工作态度以及诲人不倦地师者风范深深地 感染和鼓励着我,是我在以后地生活和学习过程中不断学习地榜样,在此我诚心地感谢张 老师,同时也要感谢我地合作伙伴.最终我要向在百忙之中抽出时间对我地地论文进行批阅,评议和参加我地论文答辩地各位老师表示感谢欢迎下载