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石英晶体振荡器温度补偿技术的研究

作　者: 邓志鹏
导　师: 陈向东
学　校: 西南交通大学
专　业: 集成电路工程
关键词: AT切石英晶体振荡器 温度补偿 微处理器 曲线拟合 最小二乘法
分类号: TN752
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


现代电子技术日新月异的发展,使得石英晶体振荡器广泛应用于现代通信、导航、测量等领域的电子设备中；工程实际应用中许多设备都工作在温度范围变化较大的环境中,由于石英晶体谐振器自身特殊的物理特性,温度的变化会导致晶体振荡器的频率发生偏移。此时晶体振荡器就不能为设备提供稳定时钟频率,导致工作异常,而经过温度补偿的石英晶体振荡器弥补了这一缺陷,从而其应用更加广泛。本文主要针对环境温度对石英晶体谐振器输出频率的影响,开展了对AT切石英晶体振荡器温度补偿技术的研究；制定了石英晶体振荡器微处理器温度补偿方案,提高了10MHz石英晶体振荡器的频率温度稳定度。本文分析了AT切石英晶体振荡器的频率温度特性及其温度补偿基本原理,探讨、比较了传统的温度补偿技术方案,在此基础上,制定了以10位D/A数据处理芯片AD5310BRT和微处理器STC89C52RC为核心的微处理器温度补偿技术方案,并全面阐述了该石英晶体振荡器微处理器温度补偿系统的工作原理、系统构成、硬件电路设计及微处理器控制软件程序设计；采用了最小二乘曲线拟合的方法对补偿数据进行曲线拟合,且以获得的实验数据和实验结果验证了本设计的可行性；最后对实验结果进行分析,发现了设计存在的不足之处并提出了改善方法。本方案正是由于在温度补偿系统中引入了微处理器,系统充分利用微处理器具有的资源并充分发挥软件作用,通过软件与硬件的相互配合,节约了系统所需要的大量体积庞大、功耗较高、价格昂贵的器件,大大减少了石英晶体振荡器电路的体积及其制造成本；经过对10MHZ石英晶体振荡器微处理器温度补偿系统进行多次测试,验证了其频率温度稳定度能达到预期目标。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 课题研究背景  10
  1.2 石英晶体振荡器简述  10-14
    1.2.1 石英晶体谐振器原理  11-14
    1.2.2 石英晶体振荡器的类型  14
  1.3 温度补偿型晶体振荡器  14-16
    1.3.1 温度补偿型晶体振荡器概述  14-15
    1.3.2 温度补偿型晶体振荡器的主要性能指标  15-16
  1.4 微处理器温度补偿型晶体振荡器的发展现状和趋势  16-17
  1.5 论文结构安排  17-18
第二章 石英晶体振荡器温度补偿技术方案选择  18-25
  2.1 AT切石英晶体的温频特性  18-19
  2.2 温度补偿基本原理  19-21
  2.3 温度补偿技术方案的选择  21-24
    2.3.1 模拟温度补偿技术  21-22
    2.3.2 数字温度补偿技术  22-23
    2.3.3 微处理器温度补偿技术  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章 微处理器温度补偿系统硬件设计  25-38
  3.1 主振荡电路设计  25-29
    3.1.1 主振荡电路  25-28
    3.1.2 集成主振荡电路  28-29
  3.2 微处理器  29-30
    3.2.1 微处理器芯片选择  29-30
    3.2.2 外围电路设计  30
  3.3 温度采集测量电路  30-33
    3.3.1 温度传感器-DS18B20  30-31
    3.3.2 A/D转换器的确定  31-33
  3.4 补偿电压产生电路  33-35
    3.4.1 D/A转换器器件选择  34
    3.4.2 实际应用电路  34-35
  3.5 稳压电源管理电路  35-36
  3.6 补偿系统电路原理及其PCB版图  36-37
  3.7 本章小结  37-38
第四章 补偿电压算法分析和软件程序设计  38-53
  4.1 补偿电压算法分析  38-42
    4.1.1 补偿电压分析  38-39
    4.1.2 最小二乘曲线拟合原理  39-42
  4.2 软件程序设计  42-52
    4.2.1 微处理器控制程序  43
    4.2.2 温度采集测量程序  43-48
    4.2.3 电压补偿程序  48-49
    4.2.4 数据处理程序  49-51
    4.2.5 空闲模式程序  51-52
  4.3 本章小结  52-53
第五章 实验测试与结论分析  53-62
  5.1 补偿系统调试与实验测试  53-58
  5.2 实验结果分析  58-62
结论  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-67
附录  67-72
攻读硕士学位期间发表的论文  72

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 振荡技术、振荡器 > 振荡器
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