随着智能化生活的到来,伴随着通信技术的飞速发展,晶振作为一种小体积,低成本的频率源,其使用范围越来越广泛。电子技术的不断进步与电子产品快速更迭也使行业对晶振的需求快速增长。无论是在通信设备中还是军工领域,晶振作为系统的频率基准会受到外界温度以及设备本身老化的影响而导致其输出频率发生严重的偏移,这必将会很大程度上影响设备的性能。长久以来,关于晶振补偿技术的研究从未停止,但直至目前尚未研制出可以进行工业化量产的小型化高频率稳定性晶体振荡器。基于改善晶振频率稳定性并且缩小晶振体积这一目的,论文开展了一种关于低功耗、可用于小型化移动设备的单片机补偿晶体振荡器的技术研究。论文由晶体振荡器的特性入手,探讨了影响晶振输出频率的两大关键因素:温度、老化。从晶振的温度-频率特性,以及老化-频率特性出发,建立晶振的温度补偿模型与老化补偿模型,为了提高晶振的短期频率稳定性,引入PID算法,实现电压步进式输出。接着描述了系统的整体设计方案,并对各部分硬件电路以及软件设计进行详细介绍,包括对微控制器电路、电源电路、基于Colpitts振荡电路的主振电路、滤波电路、微调电路以及温度传感器部分等。系统使用MSP430G2230芯片作为内核,通过MATLAB进行温度曲线与老化曲线的拟合,验证温度及老化模型的合理性。使用Altium Designer软件完成原理图及PCB设计,利用贴片式元件设计小体积电路板。数据测量和系统板调试过程中使用了泰克FCA3000频率计数器以及UTP3702直流稳压电源。测试结果显示:MCXO的频率稳定度可以达到0.9 PPM,改善了晶体振荡器的频率稳定性,验证了补偿方法的准确性,此外体积与功耗均达到了预期目标。最后,考虑到实际运用中晶振的补偿效率,引入多路晶振补偿方案对晶振频率进行补偿。