微控制器(Microcontroller)是指将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种I/O接口集成到一块芯片上面的微型计算机,其应用范围几乎覆盖了人类生活的每个方面。随着现代半导体工艺特征尺寸的不断减小,芯片集成度不断地被提高,微控制器已经进入了SoC时代。本文工作旨在基于硬核复用的基础上,设计一款混合信号SoC微控制器芯片。片上集成了低功耗的微处理器核、高速高分辨率的A/D转换器、存储器等模块,并内置CMOS温度传感器,该芯片将主要应用于数据采集、过程控制、智能传感器等领域。论文的设计工作主要分为三个部分:第一,设计了SoC微控制器芯片的整体结构,并且基于Wishbone总线,设计了该SoC微控制器的片上总线实现方案,该方案有效地降低设计的复杂度,节约设计的成本;第二,针对硬核的工艺移植,提出了一种可自主实现的基于工艺设计工具包的硬核工艺移植流程,并根据该设计流程对八位微处理器硬核进行了工艺移植;第三,实现了外围数字模块的设计、仿真与综合,包括定时器/计数器,串行接收发送器、中断处理系统、存储器等电路模块。