2022年数字电压表设计与制作报告 .pdf

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1、江阴职业技术学院工程设计报告工程：数字电压表设计与制作精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 28 页摘 要本文介绍了一种基于单片机地简易数字电压表地设计.该设计主要由三个模块组成：A/D 转换模块，数据处理模块及显示模块.A/D 转换主要由芯片ADC0832 来完成，它负责把采集到地模拟量转换为相应地数字量在传送到数据处理模块.数据处理则由芯片AT89C51来完成，其负责把ADC0832 传送来地数字量经过一定地数据处理，产生相应地显示码送到显示模块进行显示；此外,它还控制着ADC0832 芯片工作 .该系统地数字电压表电路简

2、单，所用地元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高.此数字电压表可以测量0-5V 地 1 路模拟直流输入电压值，并通过一个四位一体地7 段数码管显示出来 .关键词单片机；数字电压表；A/D 转换； AT89C51；ADC0832.AbstractThis paper which introduces a kind of simple digital voltmeter is based on single-chip microcontroller design. The circuit of the voltage meter is mainly consisted of three moul

3、d pieces: A/D converting mould piece, A/D converting is mainly completed by the ADC0832, it converts the collected analog data into the digital data and transmits the outcome to the manifestation controlling mould piece. Data processing is mainly completed by the AT89C51 chip, it processes the data

4、produced by the ADC0832 chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the manifestation controlling mould piece. Also, the AT89C51 chip controls the ADC0832 chip to work. The voltmeter features in simple electrical circuit, lower use of elements, low cost, moreover, i

5、ts measuring precision and reliability. The voltmeter is capable of measuring voltage inputs from 1 route ranging from 0 to 5 volt, and displaying the measurements though a digital code tube of 7 pieces of LED.Keywords Single-chip microcontroller。 Digital voltmeter 。 A/D converter 。 AT89C51。ADC0832目

6、录摘 要. II精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 28 页Abstract . II目 录. II第一章 绪论. 11.1 课题地应用场合. 11.2 系统地功能和性能指标. 1第二章 总体方案 . 22.1 方案设计与选择. 22.2 系统地总体结构. 3第三章 硬件电路设计 . 53.1 硬件电路框图. 53.2 主要器件选择与应用. 53.3 单片机小系统设计. 53.4 键盘与显示电路设计. 6第四章 软件设计 . 94.1 软件组成框图. 94.2 软件流程图设计. 94.3 主要程序设计. 10第五章 系统调试

7、 . 135.1 调试地方法与工具. 135.2 Proteus 仿真调试及效果. 135.3 软硬件联合调试. 145.4 系统运行 . 145.5 调试心得 . 14第六章 展望与拓展 . 17致 谢. 17参考资料 . 17附录 . 18附录 系统电原理图. 18附录 系统仿真效果图. 19附录 样机实物图 . 19精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 28 页附录 软件流程图 . 20附录源程序清单. 21精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 28 页

8、第一章 绪论1.1 课题地应用场合在电量地测量中，电压、电流和频率是最基本地三个被测量，其中电压量地测量最为经常 .而且随着电子技术地发展，更是经常需要测量高精度地电压，所以数字电压表就成为一种必不可少地测量仪器.数字电压表简称DVM ，它是采用数字化测量技术，把连续地模拟量转换成不连续、离散地数字形式并加以显示地仪表.由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特而得到广泛应用.传统地指针式刻度电压表功能单一，进度低，容易引起视差和视觉疲劳，因而不能满足数字化时代地需要.采用单片机地数字电压表，将连续地模拟量如直流电压转换成不连续地离散地数字形式并加以显示，从而精度高、抗干扰

9、能力强，可扩展性强、集成方便，还可与 PC 实时通信 .数字电压表是诸多数字化仪表地核心与基础2. 以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量地数字化仪表.目前，由各种单片机和 A/D 转换器构成地数字电压表作全面深入地了解是很有必要地.本文是以简易数字直流电压表地设计为研究内容，本系统主要包括三大模块：转换模块、数据处理模块及显示模块.其中， A/D 转换采用ADC0832对输入地模拟信号进行转换，控制核心AT89C51 再对转换地结果进行运算处理，最后驱动输出装置LED 显示数字电压信号 .1.2 系统地功能和性能指标数字电压表由A/D 转换、数据处理及显示控

10、制等组成，测量05.0V 范围内地输入电压值，由四位一体地7 段数码管显示，最大分辨率0.1V，误差 0.05V.以 AT89C51 和 ADC0832 为核心内件 .ADC0832 实现模数转换 .单片机AT89C51 是整个系统地核心，实现输入端地分路选择（量程转换），模数转换后数据地处理及在数码管上数据地显示，提供ADC0832 芯片地工作频率等功能 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 28 页第二章总体方案2.1 方案设计与选择AT89C51 具有如下特点：40 个引脚， 8k Bytes Flash片内程序存储器

11、，256 bytes 地随机存取数据存储器（RAM ）， 32 个外部双向输入/输出（ I/O）口， 5 个中断优先级2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT ）电路，片内时钟振荡器AT89C51 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程.其将通用地微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写地 Flash 存储器可有效地降低开发成本.AT89S5 与 AT89C51相比，前者地性能比后者高，所以本设计采用AT89C51 芯片 .数模转换芯片选择：ADC0809 是采样分辨率为8 位地、以逐次逼近原理进行模数转换地器件.其内部有一个

12、 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后地信号，只选通8 路模拟输入信号中地一个进行A/D 转换，转换时间为100s.ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达256 级，可以适应一般地模拟量转换要求.其内部电源输入与参考电压地复用，使得芯片地模拟电压输入在05V 之间 .芯片转换时间仅为32S ，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强.由于 ADC0832 芯片地转换时间短，并且性能比较高，所以采用ADC0832 作为数模转换芯片 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页

13、，共 28 页2.2 系统地总体结构时钟电路复位电路A/D 转换电路测量电压输入显示系统AT89C51 P1 P2 P2 P0 数字电压表系统硬件设计框图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 28 页第三章 硬件电路设计3.1 硬件电路框图硬件电路设计由6 个部分组成。A/D 转换电路， AT89C51 单片机系统，LED 显示系统、时钟电路、键盘以及测量电压输入电路.STC89C51A/D 转换电路显示电路测量电

14、压输入时钟电路键盘数字电压表系统硬件设计框图3.2 主要器件选择与应用数模转换芯片：ADC0832 是采样分辨率为8 位地、以逐次逼近原理进行模数转换地器件.其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后地信号，只选通8 路模拟输入信号中地一个进行A/D 转换，转换时间为100s.ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达256 级，可以适应一般地模拟量转换要求.其内部电源输入与参考电压地复用，使得芯片地模拟电压输入在05V 之间 .芯片转换时间仅为32S ，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强.由于 ADC0832 芯片地转

15、换时间短，并且性能比较高，所以采用ADC0832 作为数模转换芯片 . 3.3 单片机小系统设计晶振电路 : 单片机内部每个部件要想协调一致地工作，必须在统一口令时钟信号地控制下工作 . 单片机工作所需要地时钟信号有两种产生方式，即内部时钟方式和外部时钟方式 . 单片机内部有一个构成振荡器地增益反相放大器，引脚XTAL1和 XTAL2分别是此放大器地输入端和输入端，这个放大器与作为反馈元件地片精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 28 页外晶振一起构成自激振荡器. 在该图中，电容 C1和 C2取 22PF ，晶体地振荡频率取

16、12MHz,晶体振荡频率高，则系统地时钟频率也高，单片机运行速度也就快.XTAL218XTAL119RST9U2X1CRYSTALC122pFC23.4 键盘与显示电路设计应用系统中，设计要求不同，使用地LED 显示器地位数也不同，因此就生产了位数，尺寸，型号不同地LED 显示器供选择，在本设计中，选择4 位一体地数码型LED 显示器，简称 “4 -LED ”. 本系统中前一位显示电压地整数位，即个位，后两位显示电压地小数位.4-LED 显示器引脚如图所示，是一个共阴极接法地4 位 LED 数码显示管，其中a，b，c，e， f，g 为 4 位 LED 各段地公共输出端，1、2、 3、4 分别是

17、每一位地位数选端，dp 是小数点引出端，4 位一体LED 数码显示管地内部结构是由4 个单独地LED 组成，每个LED 地段输出引脚在内部都并联后，引出到器件地外部.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 28 页 4位 LED 引脚对于这种结构地LED 显示器，它地体积和结构都符合设计要求，由于4 位 LED 阴极地各段已经在内部连接在一起，所以必须使用动态扫描方式（将所有数码管地段选线并联在一起，用一个I/O 接口控制）显示.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11

18、 页，共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 28 页第四章软件设计4.1 软件组成框图开始初始化调用 A/D 转换子程序调用显示子程序结束4.2 软件流程图设计启动转换A/D 转换结束？输出转换结果数值转换显示结束开始精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 28 页4.3 主要程序设计#include#includetypedef unsigned int uint 。typedef unsigned char uchar。/*端口定义 */sb

19、it CS=P34 。sbit CLK=P35 。 /定义时钟信号sbit DI=P36 。sbit DO=P36 。uchar code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f。/ 共阴段码表void delay(uint xms) / 延时函数uint i,j 。for(i=xms 。i0。 i-)for(j=110 。 j0。j-) 。void display(uchar add,uchar dat)uchar aa=0 x80。P0=tabledat 。/送段码if(add=1) P0|=0 x

20、80 。P2=(aaadd)。/送位码delay(1)。P2=0 xff 。uchar AD0832(bit channel)uchar AdcByte0,AdcByte1,i 。CLK=0 。_nop_()。_nop_()。DI=1 。 _nop_()。_nop_()。CS=0。_nop_()。_nop_()。CLK=1 。_nop_()。_nop_()。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 28 页CLK=0 。_nop_()。_nop_()。DI=1 。 _nop_()。_nop_()。CLK=1 。_nop_()。_

21、nop_()。CLK=0 。_nop_()。_nop_()。DI=channel 。 _nop_()。_nop_()。CLK=1 。_nop_()。_nop_()。CLK=0 。DI=1 。for(i=0 。 i8。i+) AdcByte0=1 。CLK=1 。_nop_()。_nop_()。CLK=0 。_nop_()。AdcByte0|=DO 。if(DO)AdcByte1|=0 x80 。for(i=0 。 i=1 。CLK=1 。_nop_()。_nop_()。CLK=0 。_nop_()。if(DO) AdcByte1|=0 x80 。CS=1。return(AdcByte0=Adc

22、Byte1?AdcByte0:0)。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 28 页void main()uint date。uchar AdcByte,bit0,bit1,bit2,bit3,i。while(1)AdcByte=AD0832(0) 。date=(AdcByte/255.0)*5*100。bit0=date%10 。bit1=date%100/10 。bit2=date%1000/100 。bit3=date/1000 。for(i=0 。 i100。i+)display(3,bit0) 。display(2,

23、bit1) 。display(1,bit2) 。display(0,bit3) 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 28 页第五章系统调试5.1 调试地方法与工具用 keil 软件编写程序，编好程序后再进行编译，编译完成后检查程序有无错误，然后修改程序直到没有错为止，然后再与硬件联调，直到仿真出结果.5.2 Proteus 仿真调试及效果P2.7P2.6P2.5P2.4P2.7P2.6P2.5P2.4A02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19A

24、B/BA1U174LS24512345678161514131211109RN11kXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821

25、P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U2AT89C52234567891RP110kCS1CH02CH13GND4VCC8CLK7DI5DO6U3ADC0832X1CRYSTALC122pFC222pFVCCC310uFR110k55%10K1kVolts+2.75精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 28 页5.3 软硬件联合调试在系统上电开始测量前，要用万用表地电压档对被测电压进行估测，然后以此选择适当地量程，防止过大电压烧坏A/D 转换器

26、 .首先用万用表按照原理图逐步检查印刷板中各器件地电源及各引脚地连接是否正确，有否断路、短路或者虚焊，尤其是给电路供电地电源部分要重点检查，是否稳定,且稳定即可说明电源电路地设计基本达到要求.如果电压没有达到要求，要及时排查给予解决，以免烧坏芯片和其他元器件. 软件调试时先进行单元测试，分别对各个代码模块进行测试，看其是否实现了规定功能，再把已经测试过地模块组合起来进行测试，一旦不能正确运行，要找出程序中地错误，确定大致地出错位置，研究有关部分地错误程序，找出错误原因，修改设计和代码，以排除错误 . 在程序编写完成后，就可以利用仿真器进行初步调试，观察在计算机里能否通过编译与运行并达到设计地基

27、本要求.在基本符合地情况下，利用仿真器与工作正常地硬件连接进行仿真调试；或用编程器把程序烧写到芯片中，直接观察能否正常运行.如果达不到设计要求或者不能正常运行，可以直接在程序中进行修改. 系统调试中遇到地问题及解决地方法：1）在应用滤波电容地过程中，一开始是把电容串联在电路中，导致电路无法导通，而后我们短路电容，解决了问题. 2）电源指示灯上，一开始发现接上电源，指示灯不亮，经过仪器测量发现正负极接反，后重新焊接，问题解决. 3）由于源程序地多处错误，使得仿真无法通过，后经过单步调试，把存在地错误一一排除，通过了软件仿真. 4）在烧录芯片地过程中，由于选择烧录文件地错误及芯片自身问题（因多次烧

28、录，无法再次烧录）使得烧录失败，后经过老师指导并更换了AT89C51 芯片，解决了问题.5.4 系统运行调试好之后，把程序固化到单片机芯片中，单机运行，数码管显示被测电压，调节电位器，仿真电压表与之变化，数码管显示数值与电压表数值相同，可以看出系统运行正常.5.5 调试心得从开始设计数字电压表到完成这个工程地设计，我从中学到了许多关于调试方面地经验，这些经验都是从困难中累积起来地，每当调试遇到无法继续下去时，总感觉渺茫时，我总是告诉自己不能放弃，一定要坚持下来，慢慢理清思绪，找出出错地地方，不断调试，每当自己克服一重重困难，才发现自己进步了许多.精选学习资料 - - - - - - - - -

29、 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 28 页第六章展望与拓展通过本次设计，我对单片机这门课程有了更进一步地了解.无论是在其硬件连接方面还是在软件编程方面，都取得了新地收获.本次实验采用了AT89S51 单片机芯片，与以往我们所熟悉地C51 芯片有许多不同之处，通过本次设计及查阅相关资料，我对其之间地区别有了一定地认识，在本设计报告地硬件介绍部

30、分也对其作了详细地论述.S51 在 C51 地基础上增加了许多新地功能，使其功能更为完善，应用领域也更为广泛.单片机地应用如今已经在工业、电子等方方面面展现出它地优越性，利用单片机设计电路已经成一乐一种趋势，他与外围地简单电路加上优化程序就可以构建成任意地产品，使得本设计得以实现.随着单片机地发展，他必将在未来显示出更大地活力.致谢由于是初次尝试设计电路，由于知识及经验地匮乏，难免遇到很多困难，如果没有老师地督促指导以及同学们地支持，很难顺利地完成此次设计.从开始做这个工程到完成，都离不开老师、同学、朋友给以地帮助，在这里请接受我地谢意!参考资料1 胡健 .单片机原理及接口技术.北京：机械工业

31、出版社，2004 年 10 月2 王毓银 .数字电路逻辑设计.高等教育出版社，2005 年 12 月3 于殿泓、王新年.单片机原理与程序设计实验教程.西安电子科技大学出版社，2007 年 5月4 谢维成、杨加国.单片机原理与应用及C51 程序设计实例.电子工业出版社，2006 年 3 月5 李广弟 .单片机基础 .北京航空航天大学出版社，2007 年 5 月6 姜志海 ,黄玉清等著 .单片机原理及应用M . 北京 :电子工业出版社.2005 年 7 月7 魏立峰 .单片机原理及应用技术.北京大学出版社，2005 年8 周润景 .Protues 在 MCS-51&ARM7系统中地应用百例.第一版

32、 .北京：电子工业出版社，2006 年9 边春远等著 .MCS-51 单片机应用开发实用子程序M . 北京 :人民邮电出版社.2005年 9 月.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 28 页附录附录 系统电原理图P2.7P2.6P2.5P2.4P2.7P2.6P2.5P2.4A02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U174LS24512345678161514131211109RN11kXTAL218XTAL119ALE30EA31

33、PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U2AT89

34、C52234567891RP110kCS1CH02CH13GND4VCC8CLK7DI5DO6U3ADC0832X1CRYSTALC122pFC222pFVCCC310uFR110k57%10K1k+88.8Volts精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 28 页附录 系统仿真效果图P2.7P2.6P2.5P2.4P2.7P2.6P2.5P2.4A02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U174LS2451234567816151413

35、1211109RN11kXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P

36、2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U2AT89C52234567891RP110kCS1CH02CH13GND4VCC8CLK7DI5DO6U3ADC0832X1CRYSTALC122pFC222pFVCC57%10K1kVolts+2.85附录 样机实物图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 28 页附录 软件流程图开始初始化调用 A/D 转换子程序调用显示子程序结束数字式直流电压表主程序框图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共

37、28 页启动转换A/D 转换结束？输出转换结果数值转换显示结束开始 A/D 转换流程图附录源程序清单#include#includetypedef unsigned int uint 。typedef unsigned char uchar。sbit CS=P34 。sbit CLK=P35 。sbit DI=P36 。sbit DO=P36 。uchar code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f 。void delay(uint xms)uint i,j 。for(i=xms 。i0。 i-)

38、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 28 页for(j=110 。 j0。j-) 。void display(uchar add,uchar dat)uchar aa=0 x80。P0=tabledat 。if(add=1) P0|=0 x80 。P2=(aaadd)。delay(1)。P2=0 xff 。uchar AD0832(bit channel)uchar AdcByte0,AdcByte1,i 。CLK=0 。_nop_()。_nop_()。DI=1 。 _nop_()。_nop_()。CS=0。_nop_()

39、。_nop_()。CLK=1 。_nop_()。_nop_()。CLK=0 。_nop_()。_nop_()。DI=1 。 _nop_()。_nop_()。CLK=1 。_nop_()。_nop_()。CLK=0 。_nop_()。_nop_()。DI=channel 。 _nop_()。_nop_()。CLK=1 。_nop_()。_nop_()。CLK=0 。DI=1 。for(i=0 。 i8。i+) AdcByte0=1 。CLK=1 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 28 页_nop_()。_nop_()。C

40、LK=0 。_nop_()。AdcByte0|=DO 。if(DO)AdcByte1|=0 x80 。for(i=0 。 i=1 。CLK=1 。_nop_()。_nop_()。CLK=0 。_nop_()。if(DO) AdcByte1|=0 x80 。CS=1。return(AdcByte0=AdcByte1?AdcByte0:0)。void main()uint date。uchar AdcByte,bit0,bit1,bit2,bit3,i。while(1)AdcByte=AD0832(0) 。date=(AdcByte/255.0)*5*100。bit0=date%10 。bit1=date%100/10 。bit2=date%1000/100 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 28 页bit3=date/1000 。for(i=0 。 i100。i+)display(3,bit0) 。display(2,bit1) 。display(1,bit2) 。display(0,bit3) 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 28 页