基于fpga的无线通信系统设计

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1、摘要：nRF24L01是Nordic公司推出的一款工作在2.4〜2.5GHz世界通用ISM频段的新型高速无线收发器芯片，在中短距离无线通信领域应用非常广泛，其参数配置、模式转换、数据收发等操作都是通过SPI总线完成的。采用硬件的方法，实现了通信系统真正意义上数据收和发的同时进行，提高了数据传输的实时性。通过实验证明，基于FPGA的无线通信系统数据，传输效率高、性能稳定、可扩展性强，具有很高的应用价值。关键字：FPGA；nRF24L01；SPI总线；Verilog中图分类号：TN926734文献标识码：A文章编号：10047373X(2015)13?0036?03Abstra

2、ct：nRF24L01isanewhigh?speedwirelesstransceivingchip，whichislaunchedbyNordicCompany，worksat2.4〜2.5GHzofuniversalISMfrequencyband,andiswidelyusedinthedomainofmediumorshortdistancewirelesscommunication.Itsparameterconfiguration,modeconversionanddatatransceivingareallcompletedbySPIbus.Hardware

3、designmethodisadoptedtorealizecommunicationsystemzsdatatransmittingandreceivingintruesenseatsametime，andimprovethereal?timeperformanceofdatarealtimetransmission.TheexperimentresultprovesthatwirelesscommunicationsystembasedFPGAhashightransmissionefficiency,stableperformance,strongscalabilit

4、yandhighapplicationvalue.Keywords：FPGA；nRF24L01；SPIbus；Verilog0引言在现代工业数据传输现场，有线电缆往往扮演着十分重要的角色，与此同时，也引来了很多有线传输束缚仪器作业的系列问题，因此数据无线通信系统的研制越来越受到关注。nRF24L01芯片是挪威Nordic公司的一款射频收发器件，该芯片的数据传输速率可以高达2Mb/s。nRF24L01芯片在提供较高数据传输速率的同时，只需要花较小的功耗，因此该芯片在中短距离的无线传输领域应用十分广泛。芯片的数字传输包括参数配置、模式转换、数据收发在内的操作都是通过SPI接口完

5、成的。在目前的市场上，控制器件在控制芯片收发数据的时候大都采用软件扩展，利用I/O口通过软件模拟SPI接口进行数据交换。然而这种情况严重影响了无线芯片数据传输的高速性能，制约了无线通信系统的传输速率，类似问题在以单片机控制的无线通信系统里非常普遍，亟待解决。相比较单片机的控制，FPGA设计SPI总线只要对设计做简单的改动，即可对SPI总线的数据位数、工作模式等进行扩展，因此基于FPGA设计的无线通信系统，具有便于修改、可扩展性强的特点。根据nRF24L01PA芯片的读写时序可以知道SPI主模块的工作模式应该是在CPOL=0，CPHA=O模式下进行的，本文选用的nRF24L0

6、1PA芯片模块如图1所示。整体的无线系统包括射频模块、控制模块、SPI主模块、串口模块、计算机。其中控制模块、SPI主模块、串口模块是通过FPGA设计实现的。1SPIMaster模块的设计图2为nRF24L01芯片的引脚功能说明，其中CSN是芯片的输入引脚，作为SPI从机的片选信号，由主机控制输出。SCK为芯片的输入引脚，作为SPI的时钟信号。由此可以知道本文设计的SPI总线接口模块应为主机，nRF24L01的SPI模块为从机。SPI时钟生成模块的设计如下:modulesck—generator(clk，reset，sclk一p，sclk_n，sclk);reg[3：0]c

7、nt；//cnt为计数寄存器if(cnt==47bllll)sclk//设计en_edge寄存器来存取en信号为边沿检测做准备if(en_edge[2：1]==2’bOl)//当en_edge寄存器第一位和第二位分别为0和1的时候en_edge_p