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。

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。

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。

存储控制模块

该模块是本系统核心模块，负责对整个系统的数据和指令进行存储和处理。 本系统作使用FPGA控制机器狗这个大课题下的分支课题，在接收端为机器狗的主控芯片也是一块FPGA，因此为了配合主控端的FPGA更好的控制nRF2401收发数据，在发射端我们也将采用FPGA作为主控芯片。而且使用FPGA控制还有系统独立性强、精确度高，可靠性好；而且FPGA主控芯片集成度高，其内部有丰富的触发器和I／O引脚，系统设计需要的外围器件少。另外，FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容等特点[3]。

使用FPGA作为主控芯片以后，需要自己制作存储控制电路。在该系统中，需要存储器、指令编码、指令译码、地址选择、串/并行送数电路等部分组成。每一个部分都是不可缺少的，都有着不可替代的作用。存储器用来存储包括nRF2401的配置字、机器狗行动指令和状态指令；指令编码用来判断键盘的输入信息；地址选择为存储器送地址信息；译码电路对各种指令进行译码；串/并行送数完成FPGA和nRF2401的数据交换。

无线收/发模块

该模块负责数据的无线收发，在本系统中也是一个重点。其设计方案也可以有两种：

方案一：红外传输技术

红外传输的主要优点是无需申请频率的使用权，因而成本低廉。它还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。由于数据传输率较高，适于传输大容量的文件和多媒体数据。

缺点：红外传输技术的主要目的是取代线缆连接进行无线数据传输，功能单一，扩展性差。它的传输速率较低，可靠性不够高。且红外传输距离太短，是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其他物体阻隔，多用于两台设备之间的连接。 

方案二：无线射频技术

无线射频技术的优点在于：传输速率高，距离大，不受光波传输性质的限制等，采用无线射频技术来是设计扩展性高，不仅仅局限与点与点的传输，并且开发成本低，性价比高。

由于本系统是针对机器狗这种可移动物体而制作的无线遥控器，也是为今后多只机器狗间互相通信做的准备工作。因此，选用无线射频技术是比较合适的。

状态显示模块

该模块主要是将接收端机器狗的状态信息反馈给发射端，使操作者清楚机器狗目前的状态，以便更好操作。该部分设置成由几个发光二极管构成状态显示灯即可。当机器狗有反馈信号发出后，在操作者一端的nRF2401接收到数据后，将其送给FPGA处理分析，然后根据收到数据所代表的状态，将对应状态的状态点亮即完成状态显示。