基于51单片机红外遥控电机课程设计说明书

课程实训报告

课程名称：实训题目： 单片机与接口技术 红外控制直流电机正反转

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任 务 书

一、 实训任务

设计一款基于ATC51单片机用红外遥控控制电机的正反转加减速。 二、设计要求

1. 基本要求

1). 用无线模块控制电机的正反转加减速，实现自动化控制。 2). 通过对ATC51单片机的编程，实现直流电机的正反转，加减

速。

3). 写出详细的设计报告。 4). 给出全部电路和源程序。

2. 发挥部分

1). 可通过PC

摘 要

机，对系统编程，实现直流电机转速的快慢。

随着科技的不断进步，人们进入了无线电时代，它为我们的生活带来了极大的方便。像现在的移动电话，无线网络，无线鼠标，无线键盘等都已经融入了我们的生活当中。从我们身边的电子产品就可以看出我们已经进入了无线电时代。

本设计就是一款基于ATC51的用无线模块控制的电机的正反转以及它的加减速。这非常适应于在工厂使用，特别是在工业控制中。可以想象，机器在工厂运转时，我们只需要用无线遥控来控制电机的转速以及它的转向，这样我们就可以在远处来控制了，用不着再跑到电机的旁边来控制开关，为工厂生产带来了极大的方便。

软件上采用C51编程，主要编写了主程序，直流电机驱动程序，中断程序延时程序等。经过调试，实现了对电机的控制。

关键词： ATC51 L298 PWM 直流电机 无线模块

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目录

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第一章 绪 论.............................................................................................................. 5

1.1 概述................................................................................................................ 5 1.2 设计目的........................................................................................................ 5 1.3 设计任务和内容............................................................................................ 5 第二章 总体设计及核心器件简介.............................................................................. 7

2.1总体设计......................................................................................................... 7 2.2 ATC51.......................................................................................................... 7 2.3 L298.............................................................................................................. 9 引脚介绍：.................................................................................................................. 10

2.4 伺服电机介绍............................................................................................ 11 2.5 PT2262/PT2272 .......................................................................................... 12 第三章 单元电路模块设计........................................................................................ 17

3.1 复位电路...................................................................................................... 17 3.2时钟电路....................................................................................................... 18 3.3电机驱动电路图........................................................................................... 18 3.4PWM调速系统设计......................................................................................... 19 第四章 软件编程设计................................................................................................ 21

4.1 设计思想...................................................................................................... 21 4.2 流程图.......................................................................................................... 21 4.3源程序........................................................................................................... 22 第五章 设计心得和存在问题.................................................................................... 26

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第一章 绪 论

1.1 概述

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。无线电的出现给人们的生活带来了极大的方便，让人们走进了无线遥控时代，从小孩玩的无线遥控汽车到用无线电来控制机器生产甚至用无线电来控制无人飞机飞行，还有现在我们生活当中用的手机以及3G都是靠无线电，可见我们已经进入了无线电的时代，它也为我们的生活带来了极大的方便。

1.2 设计目的

（1）加强对单片机和C51语言的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、

设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。 （2）用单片机模拟实现具体应用，使个人设计能够真正使用。 （3）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人能力，并在实践中锻炼。 （4）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。 （5）提高实践动手能力。

1.3 设计任务和内容

1.3.1设计任务

结合教材及参考资料，用ATC51单片机模拟实现无线模块控制直流电机的正反转以及加减速。

1.3.2设计内容

（1）填写设计任务书。

（2）进行总体设计，画出原理图。 （3）用Protel软件画出PCB板并制板。

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（4）焊接器件和芯片。 （5）编写并调试程序。

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第二章 总体设计及核心器件简介

2.1总体设计

整个设计以ATC51单片机为核心，用PWM控制直流电机转速,复位电路组成。

硬件模块入图2-1。

无线模块ATC51PWM直流电机

图2－1 硬件模块

2.2 ATC51

1．ATC51单片机简介

ATC51是美国ATMEL公司推出的系列单片机，将多种功能的8位CPU与FPEROM（快闪可编程/擦除只读存储器）结合在一个芯片上，是一种低功耗、高性能的CMOS控制器，为很多嵌入式控制应用提供了非常灵活而又价格适宜的方案，其性能价格比远高于同类芯片。它与MCS-51指令系统兼容，片内FPEROM允许对程序存储器在线重复编程，也可用常规的EPROM编程器编程，可循环写入/擦除1000次。C51内含4KB的FPEROM，一般的EEPROM的字节擦除时间和写入时间基本上均为10ms，对于任一个实时控制系统来说，这样长的时间是不可能在线修改程序的。

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图2－2 C51内部结构图

与EEPROM相比较，FPEROM大大缩短了存储内容擦除和写入的时间，为在线改写程序提供了极大的方便，而且价格也比带EPROM87C系列单片机便宜，这更显示出了C系列的优越性。它还有128*8Bit的片内RAM；32根I/O线；2个16位定时/计数器；5个中断源；一个全双工的异步串行口；间歇和掉电工作模式；三级程序存储器加密；全静态工作，晶振工作范围：0Hz—24MHz。 2．管脚功能

ATC51单片机为40引脚芯片如图2－3所示。

①I/O口线: P0、P1、P2、P3共四个八位P0口是三态双向口, 通称数据总线口, 因为只有该口能直接用于对外部存储器的读ˆ写操作。P0口也用以输出外部存储器的低8位地址。由于是分时输出, 故应在外部加锁存器将此地址数据锁存, 地址锁存信号用ALE。P1口是专门供用户使用的I/O口, 是准双向口。P2口是从系统扩展时作高8位地址线用。不扩展外部存储器时, P口也可以作为用户I/O口线使用,

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P2口也是准双向口。P3口是双功能口, 该口的每一位均可地定义为第一I/O 功能或第二I/O功能。作为第一功能使用时操作同P1口。 P3口的第二功能如表2－1。

图2-3 C51引脚图

②控制口线: PSEN (片外取控制)、AL E( 地址锁存控制)、EA (片外储器选择)、RE2SET (复位控制) ;

③电源及时钟: CCC、VSS; XTAL 1, XTAL 2

表2-1 引脚功能表

2.3 L298

L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专

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用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver ) 内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压。此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号。

L298引脚定义如图2-5所示。

图2-5 L298引脚图

引脚介绍：

第1、15脚：可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号，也可直

接接地。

第2、3脚：A电机输出端口。 第4脚：接逻辑控制的+5V电源。 第6脚：A桥使能端口。

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第5、7脚：输入标准TTL电点平对A桥的输出OUT1、OUT2进行控制。 第8脚：接电源地。

第9脚：接电机驱动电源，最高可达50V。 第11脚：B桥使能端口。

第10、12脚：输入标准TTL电平对B桥的输出OUT3、OUT4进行控制。 第13、14脚：B电机输出端口。

L298内部结构如图2-6所示

图2-6 L298内部结构

2.4 伺服电机介绍

伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降[14]。

定义：在伺服系统中控制机械元件运转的发动机.是一种补助马达间接变速

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装置。

作用：可使控制速度,位置精度非常准确。将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。

分类：直流伺服电机和交流伺服电机。直流伺服电机分为有刷电机和无刷电机两种。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。

2.5 PT2262/PT2272

PT2262/2272是普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。

PT2262引脚图如图2-7所示

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图2-7 PT2262引脚图

PT2262引脚功能：

名称 A0-A11 D0-D5 Vcc Vss TE OSC1 OSC2 Dout 管脚 1-8、10-13 7-8、10-13 18 9 14 16 15 17 说 明 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空), 数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉 电源正端（＋） 电源负端（－） 编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效； 振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率； 振荡电阻振荡器输出端； 编码输出端（正常时为低电平）

PT2272引脚图如图2-8所示：

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图2-8 PT2272引脚图：

PT2272引脚功能：

名称 管脚 说 明 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262一致,否A0-A11 1-8、10-13 则不解码 地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚D0-D5 7-8、10-13 才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换 Vcc Vss DIN OSC1 OSC2 VT 18 9 14 16 15 17 电源正端（＋） 电源负端（－） 数据信号输入端，来自发射模块输出端 振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率； 振荡电阻振荡器输出端； 解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）

PT2262/PT2272工作原理：

PT2262-IR发射芯片地址编码输入有“1”、“0”和“开路”三种状态，数据输入有“1”、“0”两种状态，由各地址、数据的不同接脚状态决定，编码从输出端Dout输出，通过红外发射管发射出去，其编码时序波形如图2-9所示。

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图2-9

Dout输出的编码信号时调制在38KHz载波上的，OSC1,OSC2外接的电阻决定载频频率，一般电阻可在430K-----470K之间选择即可。

PT2272的暂存功能是指发射信号消失时，PT2272的对应数据输出位即变为电平。而所存功能是指，当发射信号消失时，PT2272的输出端人保持原来的状态，直到下次接收到新的信号输入，图2-10是红外发射和接收的典型应用原理图，为了能正确解调出调制的编码信号，接收端需要加一级前置放大级，保证输入PT2272的信号隔度足够大。PT2272个输出端通过各种接口即可控制相应的负载。

图2-10 是PT2262构成6路发射电路，图中PT2262-IR的VDD是通过按键接通后向芯片供电，这样静态时，PT2262-IR并不耗电，特别适合是电池供电的场所。如果使用电源电压较低（如3V）,二级管应选用低压差的型号（如1N60等），工作原理与图3相近。

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图2-10

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第三章 单元电路模块设计

3.1 复位电路

本设计采用如下所示复位电路，如图3-1所示。

图3-1复位电路

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3.2时钟电路

晶振电路原理图如3-2：

3-2 时钟模块原理图

选取原则：传统做法，但能够实现所需，即最简单也最是实用。电容选取30uF，晶振为11.0592Hz。

3.3电机驱动电路图

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图3-3电机驱动电路图

3.4PWM调速系统设计

系统的主电路图如图3.4所示

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图3.4PWM调速系统电路图

图的左上方是一个谐振电路，产生一个特定的时钟频率，使ATC51单片机能正常的工作。晶振片(CRYSTAL)用于产生时钟频率，该晶振能产生11.0592MHz的频率。两个旁路电容，有频率微调作用，主要是让电路更容易起振，两个电容的值要求一样，至少要非常接近，否则容易造成谐振的不平衡，或者停振，本设计中采用的是30pf的电容。ATC51的RST引脚接上一个高电平使其处于循环复位状态。单片机的P3.2引脚接L298的IN1引脚，电机接在L298的OUT1和OUT2引脚两端。关于引脚介绍在相应的芯片介绍处有详细介绍。SENSA与SENSB可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号，也可以直接接地。VCC接芯片的工作电压+5V，GND接地，VS接驱动电压+12V。

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第四章 软件编程设计

4.1 设计思想

本设计是用PWM控制电机的转速。当加速键按下时，送一个高电平，电机速度加快，减速键按下时送一个低电平，电机减速。

4.2 流程图

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程序初始化按键检测减速键是否按下？判断是否为最低速度？速度标识减1加速键是否按下？判断是否为最高速？速度标识加1根据速度标识设定速度值从而达到控制输出脉冲的占空比来控制电机速度 4.3源程序

#include

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#define uchar unsigned char sbit dianji=P3^2;

//控制电机I/O口定义 //加速按键 //减速按键

sbit jia_key=P0^0; sbit jian_key=P0^1;

uchar num=0,gao_num=1,di_num=9; void delay(uchar i) {

uchar j,k; for(j=i;j>0;j--) for(k=125;k>0;k--);

}

void key() {

if(jia_key==0) { delay(5); if(jia_key==0) { num++;

if(num==10) num=9;

while(jia_key==0); }

}

if(jian_key==0) { delay(5);

//按键检测处理函数

//加速键按下，速度标志加1

//已经带到最大9，则保持

//等待按键释放

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}

}

if(jian_key==0) { }

if(num!=0)

num--;

else

num=0;

while(jian_key==0);

void qudong() { uchar i; }

void main() {

while(1)

if(di_num!=0) { }

//控制电机程序

for(i=0;idianji=0;

//实现PWM信号低电平输出

for(i=0;idianji=1;

//实现PWM信号高电平输出

//主函数

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}

{ }

dianji=0; key(); qudong();

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第五章 设计心得和存在问题

本次实训是基于ATC51做的直流电机调速系统，通过本次实训我深深的体会到了，要想做成功一件事是多么的不容易。也许它看起来很简单但是当你自己动手去做的时候你就会发现实际上并不是那么的容易。

实训第一步是题目的选取，我们小组讨论了几个题目，但是最终选取的是红外控制直流电机。因为在我们现在的生活当中，无线电技术是随处可见，这与我们的生活密切相关，还有就是电机，它在工业生产当中用的的很多，所以当时就选取了这个题目。

实训第二步，选定题目过后我们就开始查阅相关资料。首先是查阅乔老师发给我们的无线模块的芯片资料，弄清它的工作原理。一个发射芯片PT2262，和一个接收芯片PT2272。一个无线遥控器上有四个按键对应在接收模块的四个引脚上面。无线模块弄清楚过后我们就开始考虑怎么样来驱动直流电机，主要是驱动电路怎么做，查阅了相关资料又经学长介绍说可以用L298芯片来驱动，因为它是专门用来驱动步进电机和直流电机的芯片。然后又开始查阅L298的资料，它里面有两个H桥，可以同时驱动两组电机。

实训第三步，资料查阅好了过后我们就开始分工做，我和何星泽做硬件，罗秋兰做软件。做硬件过程当中，遇到了很多问题，我们把硬件做好过后，然后把程序写入单片机发现电机不工作，然后我们就仔细检查电路，就是发现不出问题，也不知道是什么原因，这是最让人伤心的事，付出了那么多却看不到成果，但是不能放弃我们决定再从新做一次，失败乃成功之母。于是我们又从新拿起了烙铁要开始焊板子了，那天晚上做的很迟，然后第二天早上又很早就开始起来做最后做成功了，把程序写进去电机可以运行了。拿给老师检查时，老师说这太简单了，要我们把加减速的程序加进去，当时我们根本就不知道该怎么写。好不容易做出来的东西老师说不合格，我们心里又感到凉凉的。我们只得下去查资料，可以用PWM对直流电机进行调速。但是PWM的程序怎么样来写？单片机是怎么输出PWM的？一系列的新问题又出现了，我们对PWM查阅了很多资料，感觉还是不是很懂。PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控

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制电动机的转速。有了概念还是不知道程序改怎么写，又查了很多PWM控制直流电机的程序，然后自己再写又在Proteus里面仿真，经过不断的调试过后，最后终于成功了。

通过本次实训我们深深体会到了，一件事情看起来很简单，但是当你真正去做的时候并且要把它做成功其实并不是那么的容易。这期间要经历很多失败并且遇到困难还要有永不退缩的信念才能做成功。团队的力量是强大的，如果不是几个人一起来做自己一个人是很难完成的。在这个过程当中我真的是学到了很多，不仅是专业知识还有人生的哲理。

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毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期：

使用授权说明

本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

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作者签名： 日 期：

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期： 年 月 日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期： 年 月 日

导师签名： 日期： 年 月 日

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致 谢

时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。

首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。

首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。

其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。

另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。

最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。

致 谢

四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。

回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。

学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。

在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，

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无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。

最后，我要特别感谢我的导师刘望蜀老师、和研究生助教吴子仪老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。

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