ZigBee技术在低数据速率无线通信领域有广泛的应用。媒体访问控制层（MAC）为ZigBee协议架构提供MAC层数据服务和管理服务。因而，设计定制的无线网络芯片，完成媒体访问控制层功能的MAC协处理器的设计是十分重要的。本论文首先对IEEE802.15.4协议进行详细分析，研究物理层与MAC层帧格式，以及在MAC层中进行信道访问控制的CSMA-CA算法。然后分析MAC协处理器所要完成的主要任务，将MAC协处理器系统分为发送、接收和CSMA-CA控制器三大部分。使用Verilog硬件描述语言分模块进行设计，包括SPI接口及译码逻辑、CRC校验及伪随机数产生复用电路、地址识别以及含有内部指令集的CSMA-CA控制器等模块。最后使用Quartus Ⅱ自带仿真工具对设计完成的模块进行功能仿真验证。本论文以处理器的设计思想，完成以精简指令集的哈佛存储结构设计的CSMA-CA控制器，硬件实现MAC层协议中的CSMA-CA信道选择算法以及成帧解帧功能。论文工作对于今后进行ZigBee SoC系统设计中的MAC协处理器的设计具有重要的参考作用。