本课题是在基于传统微处理器架构的基础上,参考MSP430指令系统,采用低功耗技术,设计了一款面向医疗应用方面的16位低功耗微处理器。　　本文首先对低功耗的来源进行深入分析并对各个层次的低功耗设计方法展开讨论;然后,采用自顶向下的设计方法,实现系统功能定义和各个功能模块的层次划分;接着研究了微处理器的指令系统,完成各个单元模块的算法级设计和RTL级设计,并对RTL代码进行仿真和FPGA验证;对所设计微处理器进行DC综合,生成门级网表文件,使用PP软件进行功耗分析,最终实现微处理器的版图设计。　　在低功耗设计上,主要采用低电源电压来减少功耗;其次选用低功耗指令系统的MSP430指令集来简化指令译码电路;对于控制单元中有限状态机的设计采用硬连线逻辑,减小译码单元的功耗,并且采用状态分解方式,分三个层次进行指令译码的过程;利用常数发生器的方式产生常用常数,减少对存储器的读取操作,减少功耗;最后,采用I/O端口复用的方式,减少I/O端口的数量,减少芯片面积,达到节省功耗的目的。　　本文所设计的微处理器实现了系统级设计的所有功能,其性能也在FPGA验证平台上得到了验证,并且采用了低功耗的设计方式,达到平均功耗为1.3mW,实现低功耗设计目标。本文为今后进一步设计超低功耗微处理器积累了宝贵的经验,为同类设计提供有益的参考。