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本课题的研究目的是采用FPGA与ASIC经典流程来设计与PIC中档微控制器(Micro Control Unit)16F676兼容的微控制器HS-MCU。HS-MCU应利用PIC16C57的指令系统,要做到与PIC16C57完全兼容。最后的目标是通过FPGA实验并且进行基于标准单元库的ASIC设计,生成自动布局布线之后的layout网表。本文先简要介绍了计算机指令系统的发展,然后深入分析了该微控制器的组成架构以及指令执行的流水管理,接着详细论述了的各个功能模块的实现方法和电路的设计考虑,微控制器MCU内部单元包括有程序存储器EEPROM、数据存储器RAM(Random Access Memory)、程序计数器(Program Counter)、指令寄存器(Instruction Register)、相时钟产生单元(Phase Clock Generator)、算术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit)、专用寄存器(Special register)、程序计数器PC(Program Counter)、堆栈(STACK)、输入输出口(I/O Pad)、工作寄存器W、定时器/计数器和中断部件(Interrupt)。这些都是MCU核的组成单元。为了扩充MCU的功能,我们越来越多的把外围接口部件以IP的方式和MCU核集成在一起来,来得到更强大的功能和更广泛的用途。可以看到MCU的正逐步朝着片上系统SOC的方向发展。我们所研究的PIC16F676具有很多的外围功能部件,例如ADC,analog comparator等等。该项目我们运用了FPGA实现与ASIC实现相结合的流行设计方法。我们的FPGA设计流程通过对系统架构的理解,正确的功能划分,以及在RTL级别经济有效的描述,保证了最大限度的保证时序的稳定。在我们的ASIC流程中,首要的因素是在FPGA验证其正确性的基础上对速度与面积进行科学有效的平衡,在成本和性能中间取得良好的结合点,运用先进的EDA设计工具和算法对设计进行综合优化(Synthesis),动态时序分析(Dynamic Simulation),静态时序仿真(STA)到自动布局布线(APR)之后将寄生参数反标回前面的步骤进行更精确的判断和分析,最后交给版图设计人员进行版图设计和优化。