專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微機(jī)控制恒溫晶體振蕩器的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)控制恒溫晶體振蕩器的技術(shù)，特別涉及一種微機(jī)控制恒溫晶體振 蕩器的方法和裝置。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，通信、導(dǎo)航、航天、測(cè)控、高精密測(cè)量和移動(dòng)電話(huà)等領(lǐng)域 對(duì)頻率源的短期穩(wěn)定度、長(zhǎng)期穩(wěn)定度和老化率等一些指標(biāo)的要求越來(lái)越高?，F(xiàn)代移動(dòng)通信 技術(shù)快速發(fā)展的今天，各種通信系統(tǒng)對(duì)時(shí)間頻率同步的要求也越來(lái)越高。恒溫晶體振蕩器 作為高精度的頻率標(biāo)準(zhǔn)源，在這些應(yīng)用中對(duì)其的要求也越來(lái)越高。絕大多數(shù)高穩(wěn)定度晶體振蕩器都采用了將晶體放置到恒溫槽的方法。恒溫晶體振 蕩器使用了精密的恒溫控制槽，將槽內(nèi)溫度調(diào)節(jié)到晶體諧振器的零溫度系數(shù)點(diǎn)上。這樣，能 最大限度地克服溫度變化對(duì)晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的影響。恒溫晶體振蕩器是目前頻率精確度和穩(wěn)定度最高的晶體振蕩器，其具有老化率 低、頻率溫度穩(wěn)定度高，長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度高等特點(diǎn)，現(xiàn)在比較好的恒溫晶體振蕩器的頻率溫 度系數(shù)已經(jīng)可以做的相當(dāng)高，可以達(dá)到5X10_8/°C 了。在零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度附近，晶體諧振器的秒頻率穩(wěn)定度最高，所以要達(dá)到更高的 頻率穩(wěn)定度，一定要保證恒溫晶體振蕩器工作在零溫度系數(shù)點(diǎn)附近，而且在零溫度系數(shù)點(diǎn) 附近的溫度變化很小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微機(jī)控制恒溫晶體振蕩器的方法，能更好地解決恒溫 晶體振蕩器的高頻率穩(wěn)定度問(wèn)題。本發(fā)明的目的在于提供一種微機(jī)控制恒溫晶體振蕩器的裝置，能更好地解決恒溫 晶體振蕩器的高頻率穩(wěn)定度問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種微機(jī)控制恒溫晶體振蕩器的方法，包括以下 步驟A、采溫元件采集放置晶體振蕩器的恒溫槽的溫度；B、單片機(jī)對(duì)恒溫槽的溫度和零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果輸出相應(yīng) 占空比的脈沖寬度調(diào)制PWM波；C、PWM波控制電路對(duì)PWM波進(jìn)行濾波和平滑后，輸出給加熱元件；D、加熱元件加熱恒溫槽。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種微機(jī)控制恒溫晶體振蕩器的裝置，包括采溫元件，用于采集放置晶體振蕩器的恒溫槽的溫度；單片機(jī)，用于將恒溫槽的溫度和零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果輸出 相應(yīng)占空比的脈沖寬度調(diào)制PWM波；PWM波控制電路，用于對(duì)PWM波進(jìn)行濾波和平滑后，輸出給加熱元件；
加熱元件，用于加熱恒溫槽。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明采用單片機(jī)作為電路的溫度 采集和控制核心使得晶體振蕩器精確地工作在零溫度系數(shù)點(diǎn)，并利用單片機(jī)強(qiáng)大的軟件處 理能力使得采用雙RC濾波電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱元件的電壓控制。


圖1是本發(fā)明提供的單片機(jī)控制恒溫晶體振蕩器方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明提供的單片機(jī)控制恒溫晶體振蕩器裝置原理圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的單片機(jī)控制輸出PWM波電路圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的單片機(jī)控制采溫元件采溫電路圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的單片機(jī)控制采溫元件的流程圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的雙RC濾波電路的濾波效果圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，以下所說(shuō)明的優(yōu) 選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖1顯示了本發(fā)明提供的微機(jī)控制恒溫晶體振蕩器方法的流程示意，如圖1所 示步驟S101，采溫元件采集恒溫槽的溫度，恒溫槽中放置了晶體振蕩器，采溫元件采 用的是數(shù)字溫度敏感元件。步驟S102，單片機(jī)對(duì)恒溫槽的溫度和預(yù)先存儲(chǔ)在單片機(jī)中的零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度進(jìn) 行對(duì)比，若恒溫槽的溫度大于零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度，則增加輸出PWM波的占空比，若恒溫槽的 溫度小于零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度，則減小輸出PWM波的占空比。步驟S103，PWM波控制電路的雙RC濾波電路對(duì)PWM波進(jìn)行濾波和平滑后，輸出直 流電壓，PWM波控制電路的放大電路再將直流電壓放大，得到加熱電壓，然后輸出給加熱元 件。步驟S104，加熱元件根據(jù)加熱電壓對(duì)恒溫槽進(jìn)行加熱。圖2顯示了本發(fā)明提供的微機(jī)控制恒溫晶體振蕩器裝置原理，如圖2所示，該裝置 包括采溫元件、單片機(jī)、PWM波控制電路和加熱元件。其中，采溫元件用于采集放置晶體振蕩器的恒溫槽的溫度。晶體諧振器采用雙旋 轉(zhuǎn)SC切晶體諧振器，雙旋轉(zhuǎn)SC切晶體諧振器相對(duì)于平常采用的單旋轉(zhuǎn)AT切晶體諧振器具 有更高的秒級(jí)頻率穩(wěn)定度和更好的頻率溫度特性。晶體振蕩器電路采用傳統(tǒng)的克拉勃振蕩 電路，該振蕩電路的穩(wěn)定度高。單片機(jī)的一個(gè)輸入輸出GPO引腳和采溫元件的數(shù)據(jù)時(shí)鐘引腳DQ相連，通過(guò)DQ引 腳可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)采溫元件的時(shí)序控制和它們之間的數(shù)據(jù)傳輸。單片機(jī)接收到采溫元件 傳輸?shù)暮銣夭鄣臏囟群螅瑢⒑銣夭鄣臏囟群土銣囟认禂?shù)點(diǎn)溫度進(jìn)行對(duì)比，若恒溫槽的溫度 大于零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度，則增加輸出PWM波的占空比，若恒溫槽的溫度小于零溫度系數(shù)點(diǎn) 溫度，則減小輸出PWM波的占空比。PWM波的占空比通過(guò)單片機(jī)的另外一個(gè)引腳GPl輸出至 P麗波控制電路。
PWM波控制電路包括雙RC濾波電路和放大電路，雙RC濾波電路對(duì)PWM波進(jìn)行濾波 和平滑后輸出直流電壓，再由放大電路放大直流電壓，得到加熱元件的加熱電壓，然后輸出 給加熱元件。加熱元件根據(jù)加熱電壓加熱恒溫槽。圖3顯示了本發(fā)明實(shí)施例提供的單片機(jī)控制輸出PWM波電路，如圖3所示，單片機(jī) 采用的是世界上最小的8引腳單片機(jī)，該單片機(jī)無(wú)并行的數(shù)據(jù)輸出功能，其6個(gè)數(shù)據(jù)端口都 可以作為串行的輸入輸出數(shù)據(jù)端口。該單片機(jī)體積小，功耗低。對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)，輸出一個(gè) PWM波僅需要一個(gè)串行數(shù)據(jù)端口，因此該單片機(jī)是合適應(yīng)用的。單片機(jī)通過(guò)輸入輸出端口 GPl輸出的方波經(jīng)過(guò)有Rl、R2、Cl和C2構(gòu)成的雙RC低 通濾波器后，然后通過(guò)一個(gè)正相放大器Al，放大器Al的放大倍數(shù)由電阻R3和可變電阻R4 決定，通過(guò)設(shè)置合理的電阻值，使其放大倍數(shù)為12/5，即使放大器輸出的直流電壓的最大值 由5V變?yōu)?2V。通過(guò)放大器后，最大電壓變?yōu)?2V，就可以保證提供給加熱元件足夠的能量， 彌補(bǔ)單片機(jī)端口供電不足的缺點(diǎn)。本單片機(jī)采用了內(nèi)部軟件控制PWM波占空比增減的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)RC濾波電路輸 出電壓大小的控制。本例中采用雙RC濾波器，通過(guò)雙RC濾波電路可以對(duì)PWM波進(jìn)行低通 濾波輸出直流電壓。由于采溫元件和單片機(jī)以及控制加熱元件的電路構(gòu)成了一個(gè)閉合的閉 環(huán)控制回路，所以可以實(shí)現(xiàn)加熱元件電壓的精確改變，從而實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制。圖4顯示了本發(fā)明實(shí)施例提供的單片機(jī)控制采溫元件采溫電路，如圖4所示，單片 機(jī)控制恒溫晶體振蕩器的控溫電路以全世界最小的8引腳單片機(jī)為控制核心，采溫元件采 用全世界最小的3引腳數(shù)字采溫元件。從圖中可以看出，單片機(jī)的GPO接口和采溫元件的數(shù)據(jù)時(shí)鐘引腳DQ相連。GPO引 腳是單片機(jī)的通用輸入輸出引腳，通過(guò)軟件指令模擬數(shù)字采溫元件的控制時(shí)序和采溫元件 的初始化，設(shè)置采溫?cái)?shù)據(jù)格式等。采溫元件將得到的溫度的二進(jìn)制值轉(zhuǎn)化為適合單片機(jī)處 理的二進(jìn)制表示方式，然后將該值和單片機(jī)中存儲(chǔ)的恒溫晶體振蕩器的零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度 比較，根據(jù)比較的結(jié)果來(lái)輸出合適的PWM波對(duì)加熱元件來(lái)進(jìn)行控制。圖5顯示了本發(fā)明實(shí)施例提供的單片機(jī)控制采溫元件的流程，如圖5所示，對(duì)單片 機(jī)進(jìn)行初始化、清寄存器單元并設(shè)置好占空比的脈寬初值后，讀取采溫元件的溫度傳感器 的值，然后比較讀取的溫度值和恒溫晶體振蕩器的零溫度系數(shù)點(diǎn)之間的大小關(guān)系，根據(jù)大 小關(guān)系決定PWM波占空比增加還是減少，若讀取的溫度值大于零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度，則增加 輸出PWM波的占空比，若讀取的溫度值小于零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度，則減小輸出PWM波的占空 比，再通過(guò)PWM波占空比的改變使加熱元件的加熱電壓也相應(yīng)改變。通過(guò)整個(gè)電路的閉環(huán) 控制，最終恒溫晶體振蕩器的恒溫槽溫度會(huì)穩(wěn)定在晶體諧振器的零溫度系數(shù)點(diǎn)。整個(gè)電路 的控溫精度由溫度敏感元件決定，本實(shí)施例采用的溫度敏感元件的控溫精度為0. 0625度， 所以整個(gè)控溫系統(tǒng)的控溫精度就可以達(dá)到0. 0625度。圖6顯示了本發(fā)明實(shí)施例提供的雙RC濾波電路的濾波效果，電路中用來(lái)控制恒溫 晶體振蕩器加熱元件的雙RC濾波器有很好的低通濾波效果，下面給出雙RC濾波器的電路 的濾波效果，以4800個(gè)指令時(shí)間為周期，高電平為1420個(gè)指令周期的PWM波，PWM波的濾 波情況如圖6所示，該雙RC濾波器的濾波效果非常好，紋波只有不到0. 2%，所以可以實(shí)現(xiàn) 加熱元件的精確控制。
對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，其引腳的輸出高低點(diǎn)平分別為5V和0V，所以對(duì)于周期為4800個(gè) 機(jī)器指令周期一定占空比的PWM波，相當(dāng)于一個(gè)12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度。經(jīng)過(guò)放大器放 大以后，高電平每變化一個(gè)指令周期，對(duì)應(yīng)的電壓變化為12/4800，即為0.2%左右。所以采 用PWM波加雙RC濾波器的電路有很高的控制精度。綜上所述，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果1、采用了單片機(jī)作為電路的溫度采集和控 制核心，可使恒溫晶體振蕩器精確地工作在恒溫晶體振蕩器的零溫度系數(shù)點(diǎn)，同時(shí)利用高 精度的數(shù)字敏感元件可以實(shí)現(xiàn)恒溫槽溫度的高精度控制。2、利用3引腳數(shù)字采溫元件，數(shù) 字采溫元件的一致性比較好，避免了傳統(tǒng)的數(shù)字采溫電路的由于元件間的差異造成的溫度 控制的一致性不高的問(wèn)題。3、利用單片機(jī)和采溫元件相結(jié)合的方法及單片機(jī)強(qiáng)大的軟件處 理功能，可以使用雙RC電路實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱元件的電壓控制，電路簡(jiǎn)潔高效。盡管上文對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以 根據(jù)本發(fā)明的原理進(jìn)行各種修改。因此，凡按照本發(fā)明原理所作的修改，都應(yīng)當(dāng)理解為落入 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種微機(jī)控制恒溫晶體振蕩器的方法，其特征在于，包括以下步驟A、采溫元件采集放置晶體振蕩器的恒溫槽的溫度；B、單片機(jī)對(duì)恒溫槽的溫度和零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果輸出相應(yīng)占空比的脈沖寬度調(diào)制PWM波；C、PWM波控制電路對(duì)所述PWM波進(jìn)行濾波和平滑后，輸出給加熱元件；以及D、加熱元件加熱所述恒溫槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種方法，其特征在于，所述步驟B具體為；若所述恒溫槽的溫度大于零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度，則增加輸出PWM波的占空比；以及 若所述恒溫槽的溫度小于零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度，則減小輸出PWM波的占空比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種方法，其特征在于，所述零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度預(yù)先存儲(chǔ)在 單片機(jī)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種方法，其特征在于，所述步驟C具體為PWM波控制電路的雙RC濾波電路對(duì)所述PWM波進(jìn)行濾波和平滑后，輸出直流電壓；以及PWM波控制電路的放大電路放大所述直流電壓后，輸出給加熱元件。
5.一種微機(jī)控制恒溫晶體振蕩器的裝置，其特征在于，包括 采溫元件，用于采集放置晶體振蕩器的恒溫槽的溫度；單片機(jī)，用于將所述恒溫槽的溫度和零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果輸出 相應(yīng)占空比的脈沖寬度調(diào)制PWM波；PWM波控制電路，用于對(duì)所述PWM波進(jìn)行濾波和平滑后，輸出給加熱元件；以及 加熱元件，用于加熱所述恒溫槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種裝置，其特征在于，若所述恒溫槽的溫度大于零溫度系 數(shù)點(diǎn)溫度，則增加輸出PWM波的占空比；以及若所述恒溫槽的溫度小于零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度， 則減小輸出PWM波的占空比。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種振蕩器，其特征在于，所述零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度預(yù)先存儲(chǔ) 在單片機(jī)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種裝置，其特征在于，所述PWM波控制電路包括 雙RC濾波電路，用于對(duì)所述PWM波進(jìn)行濾波和平滑后，輸出直流電壓；以及 放大電路，用于放大所述直流電壓后，輸出給加熱元件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種微機(jī)控制恒溫晶體振蕩器的方法和裝置，該方法包括采溫元件采集放置晶體振蕩器的恒溫槽的溫度；單片機(jī)對(duì)恒溫槽的溫度和零溫度系數(shù)點(diǎn)溫度進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果輸出相應(yīng)占空比的脈沖寬度調(diào)制PWM波；PWM波控制電路對(duì)PWM波進(jìn)行濾波和平滑后，輸出給加熱元件；加熱元件加熱恒溫槽。本發(fā)明采用單片機(jī)作為電路的溫度采集和控制核心使得晶體振蕩器精確地工作在零溫度系數(shù)點(diǎn)，并利用單片機(jī)強(qiáng)大的軟件處理能力使得采用雙RC濾波電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱元件的電壓控制。
文檔編號(hào)H03B5/04GK101997483SQ201010510329
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者劉永波 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司