专利名称：一种寻找恒温晶振快速启动加热控制曲线的装置与方法
技术领域：
本发明属于石英晶体振荡器范围中的恒温石英晶体振荡器部分，更确切的说属于 寻找恒温晶振快速启动加热控制曲线的装置与方法。
背景技术：
凡是要求提供准确的时间与频率的电子装置中都需要使用振荡器来提供基准，其 中石英晶体振荡器具有很高的准确度常用来担当这个角色，但是石英晶体振荡器由于温度 的变化其震荡频率会发生一定的漂移，随着技术的进步对石英晶体振荡器震荡频率的稳定 度提出了更高的要求。温度补偿石英晶体振荡器针对不同的温度对振荡器进行补偿提供了 更高的震荡频率稳定度，既然温度对震荡频率有影响则更高准确度的石英晶体振荡器就被 置于有保温材料包覆的由单片机控制恒温的恒温槽内，被称之为恒温石英晶体振荡器简称 恒温晶振。恒温晶振上电启动后恒温槽内的由单片机控制的加热恒温控制系统虽然可以较 快使恒温槽内温度到达设定恒温温度，但是恒温槽内石英晶体振荡器中的石英谐振器有一 个外壳，石英谐振器被包覆于其中只有热量慢慢传递进去，最终石英谐振器达到设定恒温 温度振荡频率才能稳定下来，这个过程通常需要半个小时，如此对于要求精度高启动快的 场合就无法满足要求。显然为了加快恒温晶振的启动速度，由单片机控制的加热恒温控制 系统应当上电启动时使得恒温槽内温度超过所述设定恒温温度之后按照某种规律运动最 终回归所述设定恒温温度，也就是说一定存在最佳的恒温晶振快速启动加热控制曲线使得 恒温晶振能够在尽量短的时间内启动，由于单片机控制的加热恒温控制系统的温度传感器 所测得的温度并不是石英谐振器内部的温度，而所述控温系统又只能加热不能制冷，如需 降温只能停止加热自然冷却等原因导致使用包括各种算法的控制方案也难以得到一条满 意的所述恒温晶振快速启动加热控制曲线。
发明内容
本发明为了解决现有技术中上述困难提出了一种寻找恒温晶振快速启动加热控 制曲线的装置与方法，需要指出的是所述启动加热控制曲线指的是随着时间的推移适时提 供给所述恒温控制系统的目标温度，由于批量生产的所述恒温晶振各项指标具有很高的一 致性，有着相同的电参数和热力学参数因而使用本发明的装置与方法寻找到的恒温晶振快 速启动加热控制曲线不失一般性，可以用于批量生产，解决了生产中的实际问题；另外所述 设定恒温温度的确定属于现有技术在此不再复述，具体过程是使用这样的装置和方法实现 的一种寻找恒温晶振快速启动加热控制曲线的装置由保温材料包覆的恒温槽内装 有石英晶体振荡器，所述恒温槽内还包括由单片机控制的放大加热电路以及温度检测电路 所共同构成的闭环温度控制系统，所述石英晶体振荡器的输出连接于频率计，所述频率计 的测量结果通过数据传输线送往计算机，所述计算机与所述恒温槽内的单片机连接有双向 通信的线路。
所述恒温石英晶体振荡器开机上电后所述单片机构成的恒温控制系统控制加热 电路以最大功率向设定恒温温度加热，当所述温度检测电路测量到达所述恒温温度后所述 单片机按照预定的启动加热控制曲线执行加热控温；另外所述恒温石英晶体振荡器开机上 电后所述单片机将所述温度检测电路测得的温度数据传送于所述计算机以及将所述频率 计测得的所述石英晶体振荡器的震荡频率数据传送于所述计算机，所述计算机将所述温度 数据、所述频率数据以及启动加热控制曲线绘制成同一坐标图，所述坐标图横轴为时间纵 轴分别为温度和频率。所述启动加热控制曲线由人工根据所述温度和频率曲线凭经验确定，所述启动加 热控制曲线最终回归所述设定恒温温度；如所述过程每次调整所述启动加热控制曲线直至 满意为止。装载启动加热控制曲线的程序于启动前已由所述计算机下载于单片机中。也可以 将装载启动加热控制曲线的程序由所述计算机于启动过程中传送至单片机中。
附图为寻找恒温晶振快速启动加热控制曲线的装置示意图。
具体实施例方式下面结合说明书附图做进一步的说明，在本实施例中使用了型号为C8051F007的 单片机，该单片机具有3 的FLASH存储器、低的功耗、小体积、高速，自带12位的A/D和D/ A转换器，除此之外还具有JTAG接口，电脑可以通过该接口对单片机写入程序，通过JTAG接 口利用电脑可以对单片机进行全速的非侵入式的在线调试，在本实施例中主要用到的是对 单片机写入程序以及恒温晶振启动过程中单片机执行程序时电脑在不影响单片机工作的 前提下适时读取位于单片机中某寄存器中的温度数据。在执行本实施例前已经完成了所述 设定恒温温度的确定以及在此温度下晶振已经调整为产品设计的标称频率、其热力学结构 已经设计调试合理且已定型、单片机控温系统已调试正常，上述都为现有技术不再复述。如 图1所示在本实施例中单片机与电脑之间的通讯是由JTAG接口通过C8051F系列单片机专 用串行适配器并经过USB接口与电脑相连接的，石英晶体振荡器的输出接频率计，频率计 的实时频率信号经串行通信方式由USB接口接入电脑。电脑中应当有如下程序可以通过 人工精确设定所述启动加热控制曲线，并将该曲线转换为数据；可将恒温晶振启动过程中 读到的单片机控温系统的温度数据转化成横轴为时间的曲线；亦可将测得的恒温晶振启动 过程的频率数据转化为横轴为时间的曲线；在横轴为时间的同一坐标下将上述三条曲线合 在一张图中。操作者应当具有控制理论方面的知识以及热学知识特别是热传导的知识。需 要特别指出的是所述控温系统在可接受的范围内应当设计的具有尽量大的加热功率，当恒 温槽内温度到达所述恒温温度时，由于热传导过程的延时导致石英谐振器还未被加热到设 定恒温温度因而还需要一笔较大的热量，因此，启动加热控制曲线应当超过设定恒温温度 一定值后回落甚至停止加温最终回归设定恒温温度。每一次测试完成操作者应对三条曲线 进行分析并重新设定启动加热控制曲线再试直至满意为止，两次测试之间应将测试的恒温 晶振充分冷却。操作者应当清楚所述恒温晶振每一个输出频率值对应着相应的温度值，只 有当输出频率出现标称值时，标志着石英谐振器的温度刚好是设定恒温温度。上述过程往往要经过几十次甚至上百次测试才能满足要求，这对于一个产品的定型是值得的。本实施 例三分钟完成启动加热过程，十分钟启动完成达到标称技术指标。这意味着使用该恒温晶 振的系统三分钟即可开始相关初始化十分钟时再进行一次校准立即可以开始工作。相对于 通常的恒温晶振来说启动时间缩短到三分之一，对于要求快速启动的系统意义重大。
权利要求
1.一种寻找恒温晶振快速启动加热控制曲线的装置由保温材料包覆的恒温槽内装 有石英晶体振荡器，所述恒温槽内还包括由单片机控制的放大加热电路以及温度检测电路 所共同构成的闭环温度控制系统，其特征在于所述石英晶体振荡器的输出连接于频率计， 所述频率计的测量结果通过数据传输线送往计算机，所述计算机与所述恒温槽内的单片机 连接有双向通信的线路。
2.根据权力要求1所述的一种寻找恒温晶振快速启动加热控制曲线的方法，其特征在 于所述恒温石英晶体振荡器开机上电后所述单片机构成的恒温控制系统控制加热电路以 最大功率向设定恒温温度加热，当所述温度检测电路测量到达所述设定恒温温度后所述单 片机按照预定的启动加热控制曲线执行加热控温；同时所述恒温石英晶体振荡器开机上电 后所述单片机将所述温度检测电路测得的温度数据传送于所述计算机以及将所述频率计 测得的所述石英晶体振荡器的震荡频率数据传送于所述计算机，所述计算机将所述温度数 据、所述频率数据以及启动加热控制曲线绘制成同一坐标图，所述坐标图横轴为时间纵轴 分别为温度和频率。
3.根据权力要求2所述的一种寻找恒温晶振快速启动加热控制曲线的方法，其特征在 于所述启动加热控制曲线由人工根据所述温度和频率曲线凭经验确定，所述启动加热控 制曲线必须最终回归所述设定恒温温度；如所述过程每次测试后调整所述启动加热控制曲 线直至满意为止。
4.根据权力要求3所述的一种寻找恒温晶振快速启动加热控制曲线的方法，其特征在 于装载启动加热控制曲线的程序启动前已由所述计算机下载于单片机中。
5.根据权力要求3所述的一种寻找恒温晶振快速启动加热控制曲线的方法，其特征在 于装载启动加热控制曲线的程序由所述计算机于启动过程中传送至单片机中。
全文摘要
本发明公开了一种寻找恒温晶振快速启动加热控制曲线的装置与方法，将恒温晶振的震荡频率数据送往计算机，计算机与恒温晶振的恒温槽内的单片机接有双向通信的线路，当恒温晶振开机上电后由单片机构成的控温系统以最大功率向设定恒温温度加热，当到达恒温温度后按照启动加热控制曲线执行加热控温；同时将温度检测电路测得的温度数据传送于计算机以及石英晶体振荡器的震荡频率数据传送于计算机，计算机将温度数据、频率数据以及启动加热控制曲线绘制成同一时间坐标的坐标图。启动加热控制曲线由人工根据上述坐标图确定，该启动加热控制曲线最终回归设定恒温温度；如上过程每次调整所述启动加热控制曲线直至满意为止。
文档编号H03B5/04GK102096426SQ20101059266
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者刘继勇, 周芸, 路青起, 雷志勇, 齐华 申请人:西安工业大学