1. 研究目的与意义
在工业应用中，基本采用的是以有线的方式进行连接，来实现功能的控制。各种总线技术、局域网技术等有线网络的使用确实给人们的生产生活带来便利，使我们的生活发生很大改变，对社会的发展也起到了极大地推动作用。但随着射频技术、集成电路技术等科学技术的迅速发展，人们的生产行为、生活方式都发生了重大的变化，作为生活中非常重要的一项技术即无线传输技术的重要性正在逐渐被人们所认识和重视。在向往自由和希望随时随地进行通信的今天，人们把目光转向了无线通信方式。而目前远程监测系统主要有两种类型，一种是生产现场没有监控系统，而是将数据采集后直接送到远程计算机进行处理；另一种是现场监控与远程监控并存。一般是采用现场总线技术将分布各个设备的传感器、监控设备等连接起来，这样就从分立单元阶段进入了集成单元阶段，然后各个管理站点的服务再用局域网连接起来，便于实现远距离控制。由以上分析可知，在两种控制系统中都涉及到了被控现场和控制设备之间的信息传输。而在很多生产现场，总线技术等信号传输技术由于相关硬件设备的制约，已经不能很好地满足生产的需要。因此，数据和信息的无线传输技术在远程控制系统中已不可或缺。
目前短距离无线通信技术的范围很广，在一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息，并且传输距离限制在较短的范围内，通常是几十米以内，就可以称为短距离无线通信。低成本、低功耗和对等通信，是短距离无线通信技术的三个重要特征和优势。目前主要的短距离无线数据传输技术主要有蓝牙、Zigbee、IEEE802.11x、微功率短距离无线通讯技术，与已具备相当规模的无线长距离通讯网络（比如蜂窝移动通讯网、卫星数据通讯）相比，短距离无线通讯系统在基本结构、服务范围、应用层次以及通讯业务（数据、话音）上，均有很大不同。蓝牙技术（Bluetooth）主要面对网络中的各种数据和语言设备，通过无线方式将它们连接起来，从而方便快速的实现数据传输，它使用2.4GHZ的ISM频段，最大传输率1Mbit/s ；IEEE802.11x的技术标准是无线局域网的国际标准，也是用2.4GHZ的ISM频段，协议主要在OSI的物理层和数据链路层，虽然传输速度快，但此类设备比较昂贵，技术复杂；Zigbee是一种新型的短距离、低速度、低功耗无线网络技术，是一种介于无线标准和蓝牙之间的技术，基于IEEE无线个人区域网标准，数据传输速率通常为10kb/s到250kb/s，有效覆盖范围10到75米，由于其协议简单、成本低、网络容量大等优点，使其在无线传感网络中得到广泛的应用；nrf24L01芯片是全球开放ISM频段的无线射频芯片，该芯片所需外围元件少，内置硬件CRC检错和点对多通信地址控制，内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调节等功能模块。 在未来，短距离无线数据传输将向着更高传输速率、更高传输精确度的方向发展，而且传输设备的成本也会进一步降低，传输协议也会进一步简单，从而是短距离无线通讯走入我们的生活，给我们带来更多方便。
由于题目是基于FPGA来完成，所以就要了解其相关内容：FPGA(Field-ProgrammableGate Array)是现场可编程门列阵的简称，FPGA的应用领域最初为通信领域，但目前，随着信息产业和微电子技术的发展，可编程逻辑嵌入式系统设计技术已经成为信息产业最热门的技术之一，应用范围遍及航空航天、医疗、通讯、网络通讯、安防、广播、汽车电子、工业、消费市场、测量测试等多个热门领域，并随着工艺的进步和技术的发展，向更多、更广泛的应用领域扩展，FPGA正以各种电子产品的形式进入我们日常生活的各个角落。
2. 研究内容与预期目标
本课题主要研究的是基于FPGA的主控SPI接口模块及其在无线传输应用电路中的设计与实现。采用nrf24L01模块的SPI接口，基于FPGA的环境下，在无线传输电路中的应用。
主要研究内容有：1.学习SPI接口传输协议，制定SPI接口模块功能定义。2.研究nrf24L01模块的工作过程，大致工作过程发射数据时，接收数据时的设计方法以及控制模块。3. 研究FPGA硬件开发环境和软件开发环境，学习FPGA的设计流程。4. 学习使用Verilog HDL语言，会编写可综合的Verilog代码。
预期目标：能做出基于FPGA的主控SPI接口模块及其在无线传输应用电路，实现其相关应用。基于FPGA使用其SPI接口，定义好接口协议，使用nrf24l01无线模块来对数据进行发送与接受，并使其能够在LCD中显示出来。
图1 预期目标模块框图
3. 研究方法与步骤
本课题采用的研究方法是理论与实践相结合的方法。所谓理论：是用所学的电路知识去分析无线传输电路是否能搭建。所谓实践：是靠自己的动手能力来实现本课题的研究，利用Quartus软件编写相关时序控制程序，仿真测试结果，自己来焊接所需的电路板，现场测试，自己来查找设计中的不合理之处，加以改正，完成课题研究。
步骤：1、有针对性的查阅并学习课题相关资料,学习FPGA的工作原理和主要性能。2、查阅相关资料，了解有关nrf24L01芯片，了解芯片内部的原理及寄存器代表的含义。 3、根据其SPI接口协议动手编写nrf的接口驱动程序，设置其寄存器，并能访问跟写入寄存器数据，通过下载到开发板中实现点对点通信。4、设计相关无线传输电路5、将程序下载到自己制作的电路中，验证程序跟电路的可靠性。 6、开始编写毕业设计论文。4. 参考文献
[1] 王金明.数字系统设计与Verilog HDL(第7版).电子工业出版社. 2019
[2] 候伯亨,顾新. Verilog HDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M].西安：西安电子科技大学，2006
[3] 夏宇闻. Verilog数字系统设计教程 (第3版).北京航空航天大学出版社.2017
5. 工作计划
2022年3月4日-2022年3月15日，有针对性的查阅并学习课题相关资料,学习CPLD/FPGA的工作原理和主要性能，确定研究方向，撰写开题报告。
2022年3月18日-2022年4月5日，进一步学习FPGA设计开发环境和SPI接口协议，制定SPI接口模块定义，采用Verilog HDL设计SPI接口功能模块，并进行初步的仿真。
2022年4月8日-2022年5月3日，学习无线模块nrf24L01工作手册及其工作时序，制定主控收发端的nrf24L01控制模块，采用VerilogHDL描述设计主控收发端的nrf24L01控制模块，并进行仿真。
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
