随着社会信息化进程的不断加剧,微控制器的应用领域越来越广泛,涉及到工业控制、国防安全、海洋勘测、航空航天等。由此而产生的可靠性、功耗等问题已经成为当今大规模集成电路设计中不可忽视的要素。因此,设计一款兼具容错功能和低功耗的8位微处理器显得意义重大。　　 本文首先系统地研究了MCS-51微控制器的基本结构、指令集和指令执行时序,并介绍了Synopsys的DW8051 IP核,根据DW8051 IP核的内部结构、指令执行方式和指令执行状态图,分析了CPU的设计方法和过程,为独立开展微控制器的设计打下了基础。其次,分析了单粒子效应的产生环境及其分类,重点介绍了单粒子翻转效应,并探讨了如何使用增强型时空三模冗余技术(EST-TMR)、EDAC检错纠错码和Berger码等技术来消除该效应。接着针对DW8051微控制器的内部存储器,采用了汉明码编码的方式进行检错纠错,数据通路中的控制信号则采用了增强型时空三模冗余的方式进行检错纠错；针对ALU逻辑与算术运算单元,采取Berger码进行检错。在多种容错结构的保护下,本文所改造的DW8051微控制器对单粒子翻转的抵御能力得到了增强,保障了微控制器安全可靠的运行。最后,探讨了低功耗设计的发展现状及功耗的分类,并从理论上分析了如何降低静态功耗和动态功耗。在探讨了微控制器中功耗产生的基础上,分析了几种降低微控制器的功耗的方法。对DW8051微控制器的设计采用了休眠模式、动态频率管理、和内部寄存器的分页访问设计等几种低功耗的设计方法,有效地降低了系统的功耗。