单片机全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）,又称微控制器（Microcontroller Uint）或嵌入式控制器（Embedded Controller）。它是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，通常片内都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。随着技术的发展，单片机片内集成的功能越来越强大，并朝着SoC（片上系统）方向发展。
单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。
单片机分类及应用领域，目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行体系结构有30几个系列，其中8051体系的占有多半。生产8051单片机的半导体厂家有20多个，共350多种衍生产品。
通常按单片机数据总线的位数将单片机分为4位、8位、16位、32位机。
4位单片机
四位单片机适合用于各种规模较小的家电类消费产品。一般的单片机厂家均有自己的四位单片机产品，有OKI公司的MSM64164C、MSM64481，NEC公司的75006×系列、EPSON公司的SMC62系列等。
典型应用领域有：PC机用的输入装置(鼠标、游戏杆)、电池充电器(Ni-Cd电池、锂电池)、运动器材、带液晶显示的音、视频产品控制器、一般家用电器的控制及遥控器、玩具控制、记时器、时钟、表、计算器、多功能电话、LCD游戏机。
8位单片机
八位单片机是目前品种最为丰富、应用最为广泛的单片机，有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点。目前主要分为MCS-51系列及其兼容机型和非MCS-51系列单片机。
MCS-51兼容产品因开发工具及软硬件资源齐全而占主导地位， ATMEL、PHILIPS、WINBOND是MCS-51单片机生产的老牌厂家，CYGNAL及ST也推出新的产品，其中ST的新推出的μPSD系列片内有大容量FLASH（128/256KB）、8/32KB的SRAM、集成A/D、看门狗、上电复位电路、两路UART、支持在系统编程ISP及在应用中编程IAP等诸多先进特性，迅速被广大51单片机用户接受。
非51系列单片机在中国应用较广的有MOTOROLA68HC05/08系列、 MICROCHIP的PIC单片机以及ATMEL的AVR单片机。
八位单片机在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到广泛应用。
16位单片机
十六位单片机操作速度及数据吞吐能力在性能上比8位机有较大提高。目前以INTEL的MCS-96/196系列、TI的MSP430系列及MOTOROLA的68HC11系列为主。
十六位单片机主要应用于工业控制、智能仪器仪表、便携式设备等场合。其中TI的MSP430系列以其超低功耗的特性广泛应用于低功耗场合。
32位单片机
32位单片机是单片机的发展趋势，随着技术发展及开发成本和产品价格的下降将会与8位机并驾齐驱。生产32位单片机的厂家与8位机的厂家一样多。MOTOROLA、TOSHIBA、HITACH、NEC、EPSON、MITSUBISHI、SAMSUNG群雄割据，其中以32位ARM单片机及MOTOROLA的MC683××、68K系列应用相对广泛。基于ARM核的单片机占据了2001年的32位单片机市场75%的份额。
对单片机选型的市场调查，8位单片机仍是市场主流产品，但32位单片机发展很迅速。基于INTERNET、无线数字传输的嵌入式应用将会是32位机最广泛的市场。在此领域，8位单片机先天不足。
单片机技术的发展
从20年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出以下技术特点。
单片机长寿命:这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。MPU更新换代的速度越来越快，以386、486、586为代表的MPU，几年内就被淘汰出局，而传统的单片机如 8051、68HC05等年龄已有近二十岁，产量仍是上升的。一些成功上市的相对年轻的CPU核心，也会随着I/O功能模块的不断丰富，有着相当长的生存周期。
8位、32位单片机共同发展:这是当前单片机技术发展的另一动向。长期以来，单片机技术的发展是以8位机为主的。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足、迅猛的发展。
单片机速度越来越快:为提高单片机抗干扰能力，降低噪声，降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。一些8051单片机兼容厂商改善了单片机的内部时序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了很多，Motorola单片机则使用了琐相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟产生器的频率。68HC08单片机使用4.9MHz外部振荡器而内部时钟达32M。三星电子新近推出了1.2GHz的ARM处理器内核Halla。
低电压与低功耗:几乎所有的单片机都有Wait、Stop等省电运行方式。允许使用的电源电压范围也越来越宽。一般单片机都能在3到6V范围内工作，对电池供电的单片机不再需要对电源采取稳压措施。低电压供电的单片机电源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供电的单片机已经问世。
低噪声与高可靠性技术:为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。如ST公司的μPSD系列单片机片内增加了看门狗定时器，NS的COP8单片机内部增加了抗EMI电路，增强了“看门狗”的性能。
ISP及IAP在片编程技术(In System Programming)及在应用中编程(In Application Programming)通过单片机上引出的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编程，编程线与I/O线共用，不增加单片机的额外引脚。ISP为开发调试提供了方便，并使单片机系统远程调试、升级成为现实。
ARM单片机
随着集成电路的发展及信息时代的到来，在 2001年，32位ARM单片机市场占有率超过了75%，广泛应用在信息电器如掌上电脑、个人数字助理（PDA）、可视电话、移动电话、TV机顶盒、数码相机等嵌入式设备。ARM已成为移动通信、手持计算、多媒体数字消费等嵌入式解决方案的RISC标准。
ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，是知识产权（IP）供应商，本身不生产芯片，靠转让设计许可由合作伙伴来生产各具特色的芯片。ARM公司设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。目前，有超过30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、SAMSUNG、OKI、LG、NEC、SONY、PHILIPS等大公司。至于软件系统的合伙人，则包括微软、SYMBIAN和MRI等一系列知名公司。
ARM单片机特点
ARM处理器三大特点：
小体积、低功耗、低成本、高性能
16/32位双指令集
全球众多的合作伙伴
ARM32位体系结构被公认为业界领先的32位嵌入式RISC处理器结构，所有ARM处理器共享这一体系结构。这可确保开发者转向更高性能的ARM处理器时，由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行（理论上如此），从而使开发者在软件开发可获得最大回报。
当前ARM体系的扩充包括：
Thumb：16位指令集，用以改善代码的密码；
DSP：用于DSP应用的算术运算指令集；
Jazeller：允许直接执行Java字节码的扩充。
ARM处理器的解决方案
主要包括：
在无线、消费电子和图像应用方面的开放平台；
存储、自动化、工业和网络应用的嵌入式实时系统；
智能卡和SIM卡的安全应用。
ARM处理器系列
ARM处理器当前有6个产品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、ARM11和SecurCore，其中ARM11为最近推出的产品。进一步产品来自于合作伙伴，例如Intel Xscale微体系结构和StrongARM产品。ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10是4个通用处理器系列。每个系列提供一套特定的性能来满足设计者对功耗、性能、体积的需求。SecurCore是第5个产品系列，是专门为安全设备而设计的。
目前中国市场应用较成熟的ARM单片机以ARM7TDMI核为主。主要的厂家有SAMSUNG、ATMEL、OKI等知名半导体厂商。
ARM单片机典型应用
ARM芯片是典型的32位RISC芯片──不论是在PDA、STB、DVD等消费类电子产品中，还是在GPS、航空、勘探、测量等军方产品中都得到了广泛的应用。下面是ARM核芯片的典型应用：
无线产品：手机、PDA，目前75%以上的手机是基于ARM的产品；
汽车产品：车上娱乐系统、车上安全装置、导航系统等；
消费娱乐产品：数字视频、Internet终端、交互电视、机顶盒、网络计算机、数字音频播放器、数字音乐板、游戏机；
数字影像产品：信息家电、数字照相机、数字系统打印机；
工业产品：机器人控制、工程机械、冶金控制等；
网络产品：PCI网络接口卡、ADSL调制解调器，路由器，无线LAN访问点等；
安全产品：电子付费终端、银行系统付费终端、智能卡、32位SIM卡等；
存储产品：PCI到Ultra2 SCSI64位RAID控制器，硬盘控制器。
