單片機是把微型計算機的主要組成部分CPU、存儲器、輸入／輸出接口等集成在一塊超大規模集成電路芯片上。

它是由CPU系統、程序存儲器、數據存儲器、各種I/O端口、基本功能單元（定時器/計數器等）組成。

1．CPU系統

CPU系統包括有CPU、時鐘系統、復位、總線（BUS，即信號的公共通道）控制邏輯。

（1）CPU

單片機中的CPU與微型計算機中的CPU有所不同，它的特點是，面向控制、面向嵌入系統、面向單芯片化。

（2）時鐘系統

時鐘系統用于產生單片機工作所需的時鐘信號。它必須滿足CPU及單片機內各單元電路對時鐘的要求。時鐘振蕩器的工作頻率一般在1.2～12MHz。

（3）復位電路

復位電路應滿足上電復位、信號控制復位的要求。

（4）總線控制邏輯

總線控制邏輯應滿足CPU對內部總線和外部總線的控制要求。

2．程序存儲器

程序存儲器是一種只讀存儲器ROM（Read Only Memory），用它來固化單片機的應用程序和一些表格常數。單片機生產廠家按單片機內部程序存儲器的不同結構，形成單片機的不同結構類型，計有：

（1）Mask ROM型 （2）EPROM型 （3）ROM less型 （4）OTP ROM （5）Flash ROM（MTP ROM）型

前三種程序存儲器的單片機是早期的產品，目前EPROM、ROM Less型已較少使用。

3．數據存儲器RAM

RAM是一種可讀寫的存儲器，也叫隨機存儲器。單片機內部的RAM除了作為工作寄存器、位標志和堆棧區以外的單元都可以作為數據緩沖器使用，存放輸入的數據或運算的結果。

由于單片機主要是面向測控系統，所以單片機內部的數據存儲器容量較小，通常不多于256字節，而且都使用靜態隨機存儲器SRAM（Static Random Access Memory）。

4．各種I/O端口

I/O端口是計算機的輸入、輸出接口（T是輸入，O是輸出之意）。單片機中的I/O端口都是芯片的輔入/輸出引腳。這些I/O端口，可分為以下幾種類型：

（1）總線輸入／輸出端口

（2）用戶I／O端口。由用戶用于外部電路的輸入／輸出控制。

（3）單片機內部功能的輸入／輸出端口。例如，定時器／計數器的計數輔入、外部中斷源輔入等。

為減少單片機引腳數量，一般I／O口都有復式功能。例如不使用外部總線時，總線端口可出讓給用戶做輔入／輔出端口用。

從I／O口的結構上還可以分為并行I／O口，即多位數據一起輸出或輸入，這種形式傳送數據速度快但使用的引腳多。另—種I／O口稱為串行I/O口，即傳送數據是順序輸出或輸入，這種形式可大大減少I/O口的引腳數，但傳送數據較慢。

5.基本功能單元

基本功能單元是為滿足單片機測控功能而設置的一些電路，是用來完善和擴大計算機功能的一些基本電路，如定時器／計數器，中斷系統等。定時器/計數器在實際應用中作用非常大，如精確的定時，或者對外部事件進行計數等。