(61页22889字+图+程序)摘要：随着社会的发展和进步，人类活动越来越依赖于通信技术提供的服务，无线通信技术以其快捷方便，可以移动等特性，受到人们的高度关注，得以快速发展。本文详细介绍了nRF2401无线收发芯片的使用方法，并且围绕它的使用方法运用Verilog HDL语言编程和Quartus2软件现成模块调用相结合的办法，制作了数据存储模块来存nRF2401的两种配置字和机器狗的动作指令等数据，又利用计数器、译码器、移位寄存器等基本器件构建接口电路，用于完成nRF2401多种状态的转换和各种模式下的具体工作。然后运用Quartus2对各个功能模块进行仿真，最终达到用FPGA控制nRF2401无线收发芯片收发机器狗的控制指令及状态指令的目的，实现对机器狗的无线遥控。
关键字：无线数据通信；nRF2401；FPGA；无线遥控器
Application Of The Wireless Receiving And Sending
CMOS Chip nRF2401 In Machine Dog
Abstract: With the social development, human’s activities are more and more dependant on the service provided by communication technology. Wireless communication attracts our attention and develops rapidly for its shortcut, convenience and removable characteristics. Application of the wireless receiving and sending chip nRF2401 is introduced in this paper. Furthermore, integrating Verilog HDL programming and Quartus2 software，we make a data storage to store the data, the nRF2401 configuration words and the orders of machine dog's movements. The interface circuit is established with the basic components such as counter, encoder and shift register and so on to realize various state switch of nRF2401 and the specific tasks in various modes. Then simulation of every function module is realized using Quartus2 software. It can achieve the purpose of receiving and sending the state orders and control orders of the machine dog using FPGA by controlling the wireless receiving and sending chip nRF240, we successfully realize the remote control of the machine dog.
Key word: Wireless data communications, nRF2401, FPGA, Wireless remote controller
目 录
第1章 绪 论 1
1.1 课题背景、目的及意义 1
1.1.1 课题的背景 1
1.1.2 课题的目的及要求 1
1.1.3 课题的意义 2
1.2 论文的主要内容 2
1.3 小结 3
第2章 系统方案设计 4
2.1 系统分析 4
2.1.1 系统功能要求 4
2.1.2 系统模块划分 4
2.2 各个模块设计 4
2.2.1 指令输入模块 4
2.2.2 存储控制模块 5
2.2.3 无线收/发模块 6
2.2.4 状态显示模块 6
2.3 系统整体结构框图及工作流程 6
2.4 小结 8
第3章 nRF2401无线收发芯片的性能及使用方法 9
3.1 概述 9
3.1.1 nRF2401的特点 9
3.1.2 nRF2401的应用 9
3.2 芯片结构、引脚说明 9
3.2.1 芯片结构 9
3.2.2 引脚说明 10
3.3 工作模式 10
3.3.1 配置模式 11
3.3.2 收/发模式 16
3.3.3 空闲模式 22
3.3.4 掉电模式 22
3.4 外围电路 23
3.4.1 外围电路原理图 23
3.4.2 收发模块PTR4000 23
3.5 小结 25
第4章 数字接口电路设计及调试 26
4.1 Verilog HDL语言设计方法 26
4.2 功能模块的划分 26
4.2.1 配置状态下的模块 27
4.2.2 发射状态下的模块 27
4.2.3 接收状态下的模块 27
4.3 各功能模块的实现 28
4.3.1 配置状态各功能模块的实现 28
4.3.2 发射状态各功能模块的实现 38
4.3.3 接收状态各功能模块的实现 42
4.4 小结 44
第5章 系统调试 45
5.1 系统硬件调试 45
5.1.1 电源的调试 45
5.1.2 FPGA的测试 45
5.1.3 射频收发模块的调试 45
5.2 系统联机调试 45
5.3 小结 46
总 结 47
致 谢 49
参考文献 50
附 录 51
第1章 绪 论
1.1 课题背景、目的及意义
1.1.1 课题的背景
近年来，随着无线通信和计算机通信在全球的迅猛发展，采用无线手段提供数据传输的业务越来越多，无线通信技术在特殊的工作环境中有许多优点：对于分散、移动的控制对象可以方便的实现相互间的数据通信；对于物理布线困难的地方，采用无线通信技术可以节省大量财力；对于需要组网的以太网、令牌网等有线通信系统，选择无线通信技术可以避免大量的布线工作，同时也避免了有线网由于线路故障而导致系统瘫痪的弊病。以上这些优点使得无线通信除了弥补有线手段的不足外，还为数据通信用户提供了更加方便更高层次的服务，即移动中不间断的数据通信。虽然目前无线通信在整个数据通信中所占的比例还比较小，但它的发展势头很强。是人们普遍看好的下一个通信技术热点。
数字通信和自动化控制等领域的高速发展和世界范围的高技术竞争对数字系统提出了越来越高的要求，特别是需要设计具有实时信号处理能力的专用集成电路，要求把包括多个CPU内核的整个电子系统综合到一个芯片（SOC）上。设计并验证这样复杂的电路及系统已不再是简单的个人劳动，而需要综合许多专家的经验和知识才能够完成。近10年来电路制造工艺技术发展非常迅速，目前国际上0.13μm的制造工艺，已达到工业化生产规模，而电路设计能力远远落后于制造技术的进步。在数字逻辑设计领域，迫切需要一种共同的工业标准来统一对数字逻辑电路和系统部件建成宏单元或软件库供设计者引用，以减少重复劳动，提高总做效率[5]。
FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，，即现场可编程门阵列。用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑，因而也被用于对CPU的模拟。用户对FPGA的编程数据放在Flash芯片中，通过上电加载到FPGA中，对其进行初始化。也可在线对其编程，实现系统在线重构，这一特性可以构建一个根据计算任务不同而实时定制的CPU，这是当今研究的热门领域。
1.1.2 课题的目的及要求
本课题主要目的是设计一种无线遥控系统。该系统运用FPGA来控制nRF2401无线收发芯片收发对机器狗的控制指令，从而达到对机器狗进行无线遥控的功能。
本课题的设计要求：
1、 熟悉无线通信系统的设计流程，掌握基本通信协议的设计；
2、 熟练掌握nRF2401使用方法，给出针对本设计的使用报告；
3、熟练掌握Quartus2软件，能够通过该软件进行基于VHDL/Verilog HDL语言的数字系统设计和仿真；
4、设计并制作机器狗端的nRF2401无线收发电路和接口电路；
5、在FPGA上对收发数据进行信息融合处理。
1.1.3 课题的意义
本课题作为实现多只机器狗间相互通信的系统的前期的一个预研工作。主要展开运用FPGA来制作接口电路，完成机器狗的对无线数据的收发，由操作者发出信息来模仿来自其他机器狗的信息。并且制作一系列控制电路帮助减轻主控器的负担，使主控器能够完成更多的事件。只有首先实现对一只机器狗能够正常的进行数据接发，才能保证以后多只机器狗间相互通信这个大系统的设计。
而对于我来说，作为一个通信专业的学生，能将无线通信和FPGA两个热门领域结合起来，可是学到更多知识！选择这样一个毕业设计题目可以让自己深入研究并掌握无线通信的技术规范，了解nRF2401无线收发芯片这类通信器材的使用，学习相关EDA软件的使用，熟悉电子产品的设计流程，提高自己的动手能力。对日后的工作和学习都大有裨益。
1.2 论文的主要内容
本文以系统设计的工作流程为主线，顺序给出了各个阶段的工作内容。
在前面的章节主要围绕核心器件nRF2401无线收发芯片的使用方法，介绍无线通信技术的发展现状及应用。并介绍了nRF2401无线收发芯片与现目前世界主流器件的优劣比较。然后详细说明了nRF2401无线收发芯片的使用方法及注意事项。
在后面的章节详细介绍了运用FPGA控制nRF2401无线收发芯片进行数据收发的设计流程，软件编写。给出了运用Verilog HDL语言编写控制nRF2401工作的源程序以及运用Quartus2软件的仿真图。
最后总结了该系统的利弊以及改进方案。
1.3 小结
本章是本文的第一章，主要对课题目的、意义和本文的内容安排做简单说明。使读者在阅读后面的章节时，更思路更清晰，更容易理解该设计的流程和作者目的。
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