随着微电子技术的发展，多媒体电子产品和人们的生活越来越紧密。单片机在通信、消费电子、仪器仪表等领域得到了广泛的应用，渗透到人类生活和国民经济的各个方面。16位单片机由于其低成本、高效能而逐渐占据着相当重要的位置。本人在参与设计具有完全自主知识产权的16位单片机的过程中，负责了其中的预取模块、BIST模块、AC97音频控制模块、芯片的后端版图的设计。本论文将详细论述如下的内容： (1)预取模块的设计。随着单片机频率的不断提高，单位时间内微处理器访问程序存储器的频率不断增加。然而，与微处理器性能提高的速度相比，FLASH的工作频率提高的速度相当缓慢。FLASH的较长延时和较低带宽已经成为制约单片机性能提高的主要因素，因此，对指令的读取进行性能优化方面的研究是非常有意义的。如何为微处理器的执行提供充足和连续的指令流，成为提高单片机性能的关键。论文剖析了单片机性能无法提高的瓶颈所在，并在设计中进行了改进，采用指令预取方式进行指令读取，从而在系统层面提高其整体的性能。 (2)BIST模块的设计。本文首先介绍了电路测试的相关知识和可测性设计中的内建自测试的原理、架构和测试方法分类等等。在此基础上，根据SRAM的结构特点，采用了BIST的可测性设计方案，减少了测试的成本。本文设计的BIST算法完全兼容March C-，并进行了扩展，简化了测试过程，覆盖了SRAM中常见的故障。 (3)AC97音频控制模块的设计。AC97标准作为现今最流行的音源结构标准，应用范围覆盖整个语音领域。现今AC97已广泛应用于PC市场。本文自主开发了AC97音频控制模块，实现了AC-LINK接口，提供完整的设计方案。 (4)后端版图的设计。本人完成了此单片机芯片的后端版图设计工作，使用Synopsys公司的Astro进行布局布线设计，StarRCXT进行寄生参数提取，最后使用Mentor公司的Calibre进行物理验证。该芯片已采用和舰科技0.1 8μmCMOS工艺流片。