集成电路技术进入深亚微米以后，器件尺寸不断缩小。随着芯片特征尺寸的不断缩小、电路规模的不断增加及时钟工作频率的提高，同步电路开始面临时钟偏移、功耗过大及电磁兼容性等问题。异步电路使用本地握手通信代替了同步电路中的全局时钟，从根本上解决了同步电路面临的问题。异步处理器作为异步电路设计的一个重要分支，正在得到深入研究。本文主要工作是研究异步电路设计技术，完成基于Null Convention Logic（NCL）逻辑的四相双轨微处理器的设计。论文讨论了异步电路的基本理论、实现方式和基于NCL逻辑的异步电路设计方法，分析并比较了国内外较典型的异步微处理器体系结构，参考8位同步MCU的功能模块设计部分，设计了异步微处理器的系统架构。根据NCL逻辑异步设计流程，完成了程序计数器、通用寄存器、堆栈指针、程序存储器、算术逻辑单元和微程序控制器等MCU关键功能模块的设计并验证其正确性。论文设计的异步MCU是基于SMIC0.18μmCMOS工艺的库的全定制设计。根据该异步MCU应用于Zigbee无线网络的数据传输及传输中的错误纠码，设计了相应的27条指令。指令的译码执行采用微指令控制。论文工作对于高抗电磁干扰和低功耗的微控制器电路设计具有一定的参考价值。