Usted parece estar buscando una MCU que tiene una conmutación por error de alimentación incorporado como una especie de periférico. Puede que haya alguna MCU rara disponible que tenga esto, pero por lo que recuerdo no hay muchas de forma general. Por ejemplo, sé que los Atmel CortexM3 tienen la capacidad de ejecutar su RTC interno con la energía de la batería. Sin embargo, eso es todo lo que se puede hacer.
En lugar de buscar una solución de un solo chip, quizá sea más fácil diseñar un sistema de bajo consumo a partir de varias piezas diferentes.
Para un microcontrolador, elige algo que esté específicamente diseñado para consumir poca energía. Tener un control preciso de la energía en los periféricos y la disponibilidad de estados de reposo de bajo consumo es una ventaja. He visto que la línea MSP430 de TI cumple bien estos parámetros. Olin, en su comentario, sugiere la serie PIC16F1xxx. Sin embargo, ninguno de los dos es una solución basada en 8051. Es posible que haya controladores basados en 8051 que cumplan los requisitos. No sé hasta qué punto se adapta el núcleo 8051 a los estados de bajo consumo, aunque para ser justos muchos de estos otros núcleos también hacen la mayor parte de su sueño ralentizando los relojes del sistema y apagando los periféricos, lo que realmente no necesita un núcleo especializado.
Para conmutar la alimentación, podrías utilizar un circuito integrado diseñado para ello, dependiendo del tipo de batería y topología que tengas en mente. Para una pila de botón no recargable, podrías usar uno de los muchos controladores de RTC, Watchdog y Reset, muchos de los cuales incluyen alguna forma de conmutar a una pila. Para una batería recargable, suponiendo que su voltaje es lo suficientemente alto como para estar cerca de la tensión de alimentación que va a utilizar con la red eléctrica, es mejor utilizar una topología de bus atado a la batería. Esto significa que la batería siempre está conectada al circuito. Imagina que la batería y el microcontrolador están conectados en paralelo. Cuando hay alimentación de red, la batería también se carga (utilizando circuitos de carga adecuados en función de la química de la batería) y cuando no la hay, la corriente que pasa por la batería se invierte y alimenta el circuito.
