无线传感网是近年来兴起的一种重要的嵌入式应用，它在物联网、环境监控等众多高新领域中发挥重大作用。无线传感网节点的核心是一个典型的微处理器，它的工作频率通常在10MHz以下，功耗往往也小于mW数量级。这种低性能、低功耗的电路需要特殊的设计。　　本文分析和归纳了微处理器的能耗优化技术，将其分为电路层次、架构层次和系统层次三种不同类型，并且主要从电路层次的近阈值技术和系统层次的指令优化技术出发，面向无线传感网节点，实现了一款低功耗的8051微处理器。　　在电路层次，本文基于SMIC0.13um混合信号工艺开发了一套目标电压为0.6V的近阈值数字逻辑单元库，并基于该库实现了近阈值的8051微处理器。流片测试结果表明，该处理器以0.6V电压供电时，最大能够工作于10MHz系统频率，此时其功耗仅为720uW，满足无线传感网节点应用的需求。　　在上述工作基础上，本文在系统层次基于MCS51指令集，面向无线传感网节点系统中几种典型的轻量加密算法进行了专用指令集处理器设计研究。以Present算法为例，本文通过硬件加速和指令提取消除了其性能瓶颈，实现了94.6%的执行时间节省，从而在理论上降低该程序运行的实际能耗约90%。这为后续的微处理器设计研究提供了丰富的参考。