随着集成电路的快速发展,基于MCU的嵌入式应用广泛地活跃在生活中,如洗衣机、吹风机、玩具以及汽车等。MCU作为核心控制芯片,是集成电路不可或缺的部分。目前市场中大部分的MCU是基于第三方IP模块开发的,依赖性强,成本高,故自主研发MCU,掌握核心技术是非常必要的。基于科研项目需要,本文设计了一款兼容PIC16F62X指令集的8位MCU芯片。本芯片采用哈佛架构,数据总线独立于程序总线,数据总线宽8位,程序总线宽14位。芯片兼容PIC16F62X指令集,包括35条指令,指令宽度固定为14位,译码结构简单,可有效降低电路的复杂度。本芯片的SLEEP指令可降低芯片的功耗。为实现MCU的实时控制能力,设计采用内外两类中断信号以及多种中断源,中断可唤醒睡眠。本设计带有8个GPIO口,可灵活地配置输入输出。为降低芯片的成本,本芯片的程序存储器与数据存储器为自主研发。程序存储器采用MROM实现,存储空间为14bits×8k。数据存储器采用SRAM实现,存储空间为8bits×336。芯片分为数字与模拟两部分。数字部分由内核与外设构成,采用自顶向下的设计方法,运用硬件描述语言Verilog进行模块的设计。设计使用Modelsim软件进行功能仿真,采用Mplab软件编写C程序并生成二进制程序。功能仿真正确后,使用Altera公司的CyclongⅣ搭建硬件验证电路完成验证,并借助Matlab分析数据。采用Design Compiler软件综合硬件描述语言电路。采用Encounter软件设计版图。模拟部分由存储、电源以及电平转换电路等构成。在Cadence virtuoso环境中,采用CMOS晶体管搭建可重复使用的基本功能单元,使用Hspice仿真模型进行功能仿真。仿真和验证结果表明,芯片可正常工作。本设计采用Magnachip 0.18μm 1.8V CMOS工艺实现并投片。测试分析表明,本设计的内核与MROM可正常工作。在后续的设计中,提高SRAM的稳定性,进一步降低芯片的功耗。本设计采用哈佛结构,可改进为多流水线指令执行结构,提升指令执行速度。当然,针对本设计开发良好的应用也是非常重要的。