理论研究表明:当调制激光器的微波频率与原子的两个基态的超精细能级差之间近失谐时，CPT信号会出现衰减振荡现象，且该振荡信号的振荡频率大小严格等于失谐量大小。基于以上结论，本文设计并实现了直读型CPT原子钟系统，系统通过频率补偿技术最终实现了原子钟标准频率10MHz的稳定输出。利用阿伦方差计算输出频率的稳定度，发现系统能够对OCXO长时间下的频率漂移进行补偿，达到了该系统的初期指标:秒稳达到10-9量级，千秒稳达到10-11量级。　　系统主要包括频率测量和频率补偿两大部分，前者是指对CPT驰豫振荡信号的整形以及对频率大小的测量;后者则是指通过FPGA控制AD9854芯片的频率控制字寄存器的值来实现对OCX0频率漂移的补偿。实验电路板的硬件部分主要包括EP3C40Q240C8N、AD9854、OCXO等核心芯片以及其配置芯片、电源和外围通信部分。系统的软件部分主要包括等精度测频法、频率补偿技术、阿伦方差的计算以及基于FPGA的串口通信，软件的开发平台是QuartusII9.0，代码采用的是最常用的硬件编程语言VHDL进行编写。　　与传统的CPT原子钟系统不同的是，本文将第二路锁相环路用直读型读出电路代替，且实现原理和机制与传统方法完全不同，软件代码部分均通过FPGA实现。基于CPT驰豫振荡信号的频率补偿技术既简化了电路结构，又节省了电路功耗，且方法新颖，有利于进一步实现小型化、低功耗的新型原子钟系统。　　本文还提出了一些改进措施，比如将DDS的功能通过FPGA实现、选用封装更小的电子器件、用数字的方法实现电路整形以及采用四层PCB板，这些措施有望更大幅度地减小系统功耗和电路板体积。