随着超大规模集成电路的发展，IC设计已经进入了SoC时代。MCU IP核的设计与验证是当前SoC系统设计中必不可少的一部分。51系列MCU一直都是工控领域主流的微处理器，所以本文以传统51系列MCU为基点，实现了与MCS51指令集兼容的8位MCU IP核的设计与验证。本文在对51系列MCU内核结构、指令系统深入分析的基础上，按照自顶向下的模块化的设计流程，对MCU IP核中CPU，定时器，中断控制器，串口控制器，SPI接口等关键模块进行了详细分析、研究和设计。完成了CPU模块中译码器、寄存器堆、ALU、乘除法器的设计。实现了具有十二个中断源和两级中断优先级的中断控制器。完成了具有四种工作方式，可以实现定时和计数功能的定时/计数器的设计。同时还实现了串行接口和SPI接口的设计。设计采用Verilog语言进行描述，用ModelsimSE6.0进行各模块功能仿真，用ISE10.1集成开发环境进行系统功能仿真和综合。用Xilinx公司的ML507开发板作为硬件验证平台，下载验证了所设计的MCU IP核。本文还搭建了一个MCU IP核的应用系统，使下载到FPGA上的MCU IP核通过SPI接口与ZigBee2420射频模块进行通信，实现了ZigBee网络节点的功能。本文所设计的MCU IP核全面兼容MCS51指令集，在指令的执行效率和最高时钟频率上都优于传统的51。本MCU IP核采用Verilog语言编写，可读性好，易于扩展，易于移植，有一定的实用价值。