晶体振荡器作为频率源,在通信、卫星导航、靶场、作战指挥、电力、金融、智能制造等领域有着广泛的应用,涉及物理、测量、机械等多个学科。一般情况下,当存在外部参考时钟源时,晶振处于驯服状态,当参考时钟源不可用时,就必须采用频率补偿技术来维持本地晶振输出频率的精度和稳定度。本论文就守时系统在失去参考时钟源后如何对本地晶振的输出频率偏移进行补偿展开研究。首先阐述了晶体振荡器的发展历史、应用及研究现状,由众多研究者的研究内容可知,目前对于高精度守时系统的研究主要集中在如何最大可能地减少频率预测的误差,最终补偿晶体振荡器的频率偏移的落脚点仍然落在补偿电压值上。接着介绍了晶体振荡器的有关特性和工作原理,对影响输出频率稳定度的主要因素进行分析,阐明导致晶体振荡器稳定性差的原因,并通过分析压控特性得到补偿频率偏移的方法。在此基础上,考虑到温度和老化是导致频率偏移的主要因素,提出了一种基于神经网络的晶振频率预测算法。该算法利用晶振频率的以往测量值训练神经网络模型,刻画出晶振频率漂移的规律,提高晶振频率的预测精度。最后,根据晶振的压控特性,提出了一种基于CPLD和MCU芯片的高精度守时系统的设计方案,利用本身输出频率精度不高的压控晶体振荡器设计守时系统。该系统将由神经网络模型预测的频偏值转换为补偿电压值作用于晶振的压控端,改善晶振的输出频率稳定度从而实现高精度守时功能。同时搭建测试环境,对系统进行了性能测试,测试结果表明,使用该方法补偿后的晶体振荡器输出频率稳定度得到提高,使用神经网络预测频偏的方法是有效的,为实现低成本、高精度的频率源提供了有力保障。