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基于stm32的微机温度补偿晶体振荡器的设计

朱忠凯  
【摘要】:晶体振荡器广泛应用于电子技术领域,目前正向着小型化、集成化、高精度、高稳定度、低功耗和快速启动、低噪声和高频化的趋势发展。石英晶体由于其固有特性,存在较大的频率温度偏移。在需要高频率稳定度的应用场合受到很大限制,一般可以采用温度补偿方式提高频率稳定度。本文在分析晶体振荡器的基本原理基础上,比较多种温度补偿技术,确定了微处理器温度补偿方案。 传统的微处理器温度补偿晶振中微机温度补偿网络,MCU通常选择51系列或其他8位单片机,配合其他分离元件如D/A、A/D、温度传感器等。这类单片机片上资源有限,难以实现复杂的控制算法,此外,试制过程中需要进行多次温度补偿实验,反复烧录程序,不断修正补偿算法的参数,通常耗费大量的时间,多种分离器件以及繁琐的实验步骤引入大量误差。 近年来,嵌入式微处理器发展迅猛,已步入32位时代,尤其是ARM公司推出的Cortex M3微处理器,性能强大、资源丰富,这使得微机温度补偿晶振可以进一步集成,并且使复杂的控制算法成为可能。因此,本课题选用STM32103RE单片机,它基于Cortex M3核心,片上集成12位A/D与D/A。单片机上运行嵌入式实时操作系统,并开发了一套上位机控制软件。整套系统实现了在线即时控制功能,可以在PC即时控制单片机的D/A电压输出,从而实时调整对VCXO的温度补偿电压。在温度实验阶段,可以将多种温度补偿算法放在PC端完成,PC上位机软件通过USB线获取当前MTCXO的温度,然后计算出需要的补偿电压后再通过USB传递给单片机,控制D/A实现温度补偿,整个过程全部在线完成,避免了对单片机反复烧录,由于整个过程直接通过控制MTCXO上的D/A输出电压完成补偿电压采集,这大大减少了误差。 本课题试制100M微机温度补偿晶振样机,以验证上述设计,测得其频率稳定度达1×10-6,达到预期的设计目标。该方法简单方便,具有广泛的应用价值。


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