嵌入式系統的核心硬件是單片機，又稱微控制器(MCU)它是將計算機的基本部件微型化並集成到一塊芯片上的微型計算機，通常片內都含有CPU、ROM、RAM、並行I/O、串行I/O、定時器/計數器、中斷控制、系統時鐘及系統總線等。隨着技術的發展，單片機片內集成的功能越來越強大，並朝着SoC(System on chip片上系統)方向發展。單片機有着體積小、功耗低、功能強、性能價格比高、易於推廣應用等顯著優點，在自動化裝置、智能儀器儀表、過程控制、通信、家用電器等許多領域得到日益廣泛的應用。
目前據不完全統計，全世界嵌入式處理器的品種總量已經超過1000多種，流行體系結構有30幾個系列，其中8051體系的佔有多半。生產8051單片機的半導體廠家有20多個，共350多種衍生產品。通常按單片機數據總線的位數將單片機分爲4位、8位、16位、32位機。
1 四位單片機。
四位單片機適合用於各種規模較小的家電類消費產品。一般的單片機廠家均有自己的四位單片機產品，有OKI公司的'MSM64164C、MSM64481，NEC公司的75006×系列、EPSON公司的SMC62系列等。
典型應用領域有：PC機用的輸入裝置(鼠標、遊戲杆)、電池充電器(Ni-Cd電池、鋰電池)、運動器材、帶液晶顯示的音、視頻產品控制器、一般家用電器的控制及遙控器、玩具控制、記時器、時鐘、表、計算器、多功能電話、LCD遊戲機。
2 八位單片機。
八位單片機是目前品種最爲豐富、應用最爲廣泛的單片機，有着體積小、功耗低、功能強、性能價格比高、易於推廣應用等顯著優點。目前主要分爲MCS-51系列及其兼容機型和非MCS-51系列單片機。
MCS-51兼容產品因開發工具及軟硬件資源齊全而占主導地位， ATMEL、PHILIPS、WINBOND是MCS-51單片機生產的老牌廠家，CYGNAL及ST也推出新的產品，其中ST的新推出的μPSD系列片內有大容量FLASH(128/256KB)、8/32KB的SRAM、 集成A/D、看門狗、上電覆位電路、兩路UART、支持在系統編程ISP及在應用中編程IAP等諸多先進特性，迅速被廣大51單片機用戶接受 。CYGNAL推出了Soc的51系列單片機C8051F系列。集成了A/D D/A電路、看門狗，上電覆位電路、I C、SPI、CAN總線、 FLASH技術、JTAG仿真調試，並且最高達到了100MIPS
非51系列單片機在中國應用較廣的有MOTOROLA68HC05/08系列、 MICROCHIP的PIC單片機以及ATMEL的AVR單片機。
八位單片機在自動化裝置、智能儀器儀表、過程控制、通信、家用電器等許多領域得到廣泛應用。
3 十六位單片機。
十六位單片機操作速度及數據吞吐能力在性能上比8位機有較大提高。目前以INTEL的MCS-96/196系列、TI的MSP430 系列及MOTOROLA的68HC11系列爲主 。
十六位單片機主要應用於工業控制、智能儀器儀表 、便攜式設備等場合。其中TI的MSP430系列以其超低功耗的特性廣泛應用於低功耗場合。
4 三十二位單片機。
32位單片機是單片機的發展趨勢，隨着技術發展及開發成本和產品價格的下降將會與8位機並駕齊驅。生產32位單片機的廠家與8位機的廠家一樣多。MOTOROLA、TOSHIBA、HITACH、NEC、EPSON、MITSUBISHI、SAMSUNG羣雄割據， 其中以32位ARM單片機及MOTOROLA的MC683××、68K系列應用相對廣泛。基於ARM核的單片機佔據了2001年的32位單片機市場75%的份額。
5 單片機技術的發展。
從20年來單片機發展歷程可以看出，單片機技術的發展以微處理器(MPU)技術及超大規模集成電路技術的發展爲先導，以廣泛的應用領域拉動，表現出以下技術特點。
8位、32位單片機共同發展。這是當前單片機技術發展的另一動向。長期以來，單片機技術的發展是以8位機爲主的。隨着移動通訊、網絡技術、多媒體技術等高科技產品進入家庭，32位單片機應用得到了長足、迅猛的發展。
單片機速度越來越快。爲提高單片機抗干擾能力，降低噪聲，降低時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機技術發展之追求。一些8051單片機兼容廠商改善了單片機的內部時序，在不提高時鐘頻率的條件下，使運算速度提高了很多，Motorola單片機則使用了瑣相環技術或內部倍頻技術使內部總線速度大大高於時鐘產生器的頻率。68HC08單片機使用4.9MHz外部振盪器而內部時鐘達32M。三星電子新近推出了1.2GHz的ARM處理器內核Halla
低電壓與低功耗。幾乎所有的單片機都有Wait、Stop等省電運行方式。允許使用的電源電壓範圍也越來越寬。一般單片機都能在3到6V範圍內工作，對電池供電的單片機不再需要對電源採取穩壓措施。低電壓供電的單片機電源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供電的單片機已經問世。
低噪聲與高可靠性技術。爲提高單片機系統的抗電磁干擾能力，使產品能適應惡劣的工作環境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求，各單片機商家在單片機內部電路中採取了一些新的技術措施。如ST公司的μPSD系列單片機片內增加了看門狗定時器，NS的COP8單片機內部增加了抗EMI電路，增強了“看門狗”的性能。
ISP及IAP。在片編程技術(In System Programming)及在應用中編程(In Application Programming)通過單片機上引出的編程線、串行數據、時鐘線等對單片機編程，編程線與I/O線共享， 不增加單片機的額外引腳。ISP爲開發調試提供了方便，並使單片機系統遠程調試、升級成爲現實
