单片机作为微型计算机一个很重要的分支,自1976年问世以来,受到了人们的广泛关注和重视,尤其是美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机,由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉等优点,在我国已经得到了非常广泛的应用。然而,随着信息时代的到来,传统单片机固有的结构缺陷,使其呈现出诸多弊端,其速度、规模、性能等指标越来越难以满足用户很多场合的需要。因此单片机芯片的开发、升级面临着新的挑战。伴随着集成电路(IC)技术的发展,电子设计自动化(EDA)已逐渐成为数字集成电路系统设计的重要手段。并且伴随着系统设计技术的飞速发展,在芯片设计中,大量复用知识产权模块IP,可以使IC设计者把精力集中在更高层次的设计上,从而加快芯片的开发速度。开发具有自主知识产权的IP核不仅具有广泛的应用前景而且对提高我国集成电路设计和应用水平具有重要意义。本文首先对8051单片机进行原理分析和特征提取、介绍了FPGA基本知识以及本IP核的设计方案。利用自上而下的设计方法把8051IP核划分成了多个子模块,并在ISE软件中用VHDL语言完成了各个子模块的程序编写。设计的IP核可以执行8051单片机的所有指令,在时钟频率和指令的执行效率指标上均优于芯片8051。针对芯片8051内部数据存储空间过小的缺点,将其扩展到64KB,并通过了相应的软硬件测试。8051IP核设计完成后,在ISE软件中完成了软件仿真,并且在FPGA开发板上完成了硬件测试。最后,将本论文设计的8051IP核应用在自动聚焦控制系统,实现了光学镜头中聚焦步进电机和变倍步进电机的初始化位置检测、图像变倍跟踪,并根据外部自动聚焦算法模块提供的相邻两场图像的聚焦评价函数比较结果,采用爬山搜索策略来控制聚焦电机,以使当前帧图像的高频分量值最大,从而实现了图像的自动聚焦。以上设计采用VHDL描述,在Xilinx XUP Virtex-II开发板上验证。论文的最后,又对本文的工作做出了总结,给出了实验的结果图。