随着数字通信技术的迅猛发展，无线通信技术的应用越来越广泛。短距离无线通信技术——蓝牙为人们解决了“最后10米”的问题，其产品以便携性、低成本、可靠安全性等特点在短时间占领了巨大的市场，涵盖了笔记本电脑、耳机、PDA、移动电话手机、汽车以及其他数字终端的无线通信领域，蓝牙技术具有巨大的发展空间。蓝牙协议从结构上可分为底层协议和高层协议，主控制器接口（HCI）则位于两层协议之间，起着连接底层和高层的作用。目前，蓝牙技术的应用普遍采用双控制器处理方式——主机通过主机控制器实现对蓝牙硬件的访问与控制。HCI为蓝牙硬件的基带控制器和链接管理器提供了命令接口，用以访问硬件状态注册器和控制寄存器，实现对蓝牙基带的统一访问模式。因而，HCI对于在具体硬件上自主灵活地构建面向应用的蓝牙协议栈和蓝牙应用开发起着决定性作用。本论文首先详细介绍了蓝牙规范的完整框架和蓝牙协议栈的具体内容，重点分析了HCI的组成结构和实现原理，通过比较HCI四种类型传输层的优缺点，说明采用UART型物理传输层的合理性；然后，在蓝牙通信原理的基础上，提出主控制接口的设计目标和具体设计方案。接着，对主控制接口的结构进行规划，对系统进行模块划分。在QuartusII9.2设计环境下，采用自上而下的设计方法，利用verilog HDL完成系统模块的RTL设计，并在Modelsim6.5上完成对各模块的功能和时序仿真；最后，将sof配置文件下载到以Altera CycloneII系列EP2C20为核心的开发板上，在硬件平台上对设计进行FPGA原型验证。本设计利用FPGA全硬件方案实现HCI-UART主控制接口，具有可靠性高、稳定性好和升级维护简单的优势；设计的通信接口可以实现波特率可调，满足不同的传输需求；采用主从机一体化的设计方案，主从机集成到一个模块中，实现资源共享，使用了480个LE，资源使用率不超过板上资源的3％，很大程度上降低了资源的使用率，减少了上层软件设计的开销，缩短了蓝牙产品开发应用周期。本设计提供了一种结构简单，易于操作的主控制接口，它既可单独使用，也可以做为一个独立的IP核应用实际的设计中，具有研究与开发的实际价值。