晶体振荡器作为现代通信、精密仪器等各个高精尖领域的频率基准源,对保持仪器设备的正常稳定工作起着至关重要的作用。由于石英晶体自身的物理特性,使用石英晶体构成的石英谐振器具有非常高的品质因素和振荡频率,而品质因素是决定振荡器工作稳定的必要条件。同样由于其物理特性,石英晶振的频率随温度变化逐渐偏离中心频率,如果晶振采用基于变容二级管的调频功能设计压控温补晶体振荡器(Voltage Controlled and Temperature Compensated Oscillator),其因温度变化带来的频率偏移会随着调节频偏的增加而增加,也就是所谓的Trim效应。为了应对Trim效应带来的频率不稳定性,结合电压控制和温度补偿的原理,使用一个变容二级管构成基于反相器的皮尔斯振荡电路,使用微处理器记录控制信息,根据实时温度对压控温补晶体振荡器进行补偿。本设计的重点在于获取振荡器的温度-频率-电压的准确数据和有效拟合,所以采用两种补偿方案。第一种基于传统的最小二乘法拟合控制曲线,简单有效,能够通过微处理器快速计算控制电压进行反馈,但是因为补偿函数自身局限性导致控制精度不足。经过对于最小二乘法补偿导致误差的分析,基于传统方案,提出第二种补偿方案,新型插值补偿。该补偿函数结合最小二乘法拟合函数的变化趋势,并且利用原始数据对构建函数进行插值修正,仍然能够快速进行控制电压实时计算,同时可以减轻传统方案带来的控制精度下降问题。本设计从振荡原理出发,研究了起振原理,结合LC振荡电路、石英晶体谐振器进行具体分析,使用仿真进行验证,分析了石英晶体振荡器具有非常高的品质因素和频率稳定度,还有使用变容二级管进行频率调节的原因。为了便于集成到数字电路之中,采用皮尔斯振荡电路,接着对硬件电路,包括存储控制曲面进行总体调度的主控电路、测量实时温度的测温电路、控制变容二级管电压的DAC电路、保证PCB电压稳定的供电电路和下载通信电路的搭建进行了说明。通过相关芯片文档,结合具体的需求编写驱动和软件,经过测试验证达到设计要求。最后进行数据的获取和处理,拟合函数对两种数据采集方案进行对比,结果证明本次设计的压控温补晶体振荡器能够在-30~70摄氏度的温度范围,±60ppm的频率调节范围达到±1ppm的频率稳定度,达到本次设计的预期目标。