单片机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。
硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。其中，运算器和控制器一般做在一个集成芯片上，统称中央处理单元（Central Processing Unit），简称CPU，是微机的核心部件，配上存放程序和数据的存储器、输入输出（Input/Output ，简称I/O）接口电路及外部设备即构成微机的硬件系统。
软件系统是指微机系统所使用的各种程序的总体。软件的主体驻留在存储器中，人们通过它对整机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完成预定的任务。
软件系统与硬件系统共同构成实用的微机系统，两者是相辅相成、缺一不可的。
2.2.1 单片机的硬件基础
主机一般由运算器、控制器和主存储器组成。
1. 运算器
运算器是进行算术和逻辑运算的部件，它由完成加法运算的加法器、存放操作数和运算结果的寄存器和累加器等组成。
2. 控制器
它是整个计算机硬件系统的指挥中心，根据不同的指令产生不同的动作，指挥整个机器有条不紊地自动地进行工作。
3. 主存储器主存储器又称为内存储器，它由大量的存储单元组成，用以存储大量的数据及程序。
2.2.2 单片机的软件基础
单片机所有操作功能指令的集合简称指令集，它是构成单片机运行程序的要素。实际上程序就是由指令形成的机器操作流程。这种操作流程并非只是自上而下的简单形式，它具有不同的控制、计算等任务。
寻址方式:立即寻址；寄存器寻址；直接寻址；寄存器间接寻址；变址寻址；相对寻址；位寻址。
数据传输类指令：立即数置数指令；片内数据存储器单元与累加器A之间的传送指令；除累加器A外片内数据存储器单元之间传送指令；片外数据存储器单元与累加器A之间的传送指令；程序存储器单元与累加器A之间的传送指令；字节交换指令；堆栈操作指令。
算术操作类指令：加法指令；减法指令；乘法指令；除法指令；加1指令；减1指令；十进制调整指令。
逻辑操作类指令：与指令；或指令；异或指令；累加器操作指令。
位操作类指令：位传送类指令；位逻辑操作类指令；位条件转移类指令。
程序转移类指令：无条件转移指令；条件转移指令；调用和返回指令；空操作指令。
伪指令:ORG指令、END指令、DB指令、DW指令、DS指令、EQU指令、bit指令。
2.2.3 单片机的种类
单片机是随着电子计算机(电脑)的发展而产生的我们一起回忆一下电子计算机的发展过程。
电子计算机的发展大致已经历了四代。
第一代——电子管时代，其发展年代大约在1946～1958年。世界上公认的第一台电子计算机是1946年由宾夕法尼亚大学研制出来的。这台计算机使用了18000个电子管，1500个继电器，占地面积为150平方米，重量为30吨，耗电达140千瓦，花费资金100多万美元。它的运算速度却只有5000每秒次。但它的发明奠定了以后计算机发展的基础。
当时计算机软件主要用机器语言编制程序，其用途主要用于科学计算。
第二代－－晶体管时代，其发展年代大约在1958—1964年，计算机的逻辑元件为晶体管。软件有了很大发展，开始使用各种高级语言编制程序。计算机的应用已发展至各种事物的数据处理，并开始用于工业控制。
第三代－－集成电路时代，其发展年代大约在1964—1971年。此时计算机的逻辑元件为小规模集成电路(SSI)和中规模集成电路(MSI)。软件方面已出现了分时操作系统，会话式的高级语言也有了相当发展。计算机的应用已开始用于企事业管理与工业控制。
第四代－－大规模集成电路时代，是从1971年以后发展起来的。计算机的逻辑元件为大规模集成电路(LSI)。软件性能也有极大的提高，计算机应用也进入了网络时代。
随着社会的发展和需求的提高，计算机也在不断地更新与发展。由于计算机的产生是应数值计算而产生的，因此长期以来电子计算机技术都是沿着满足大量高速数值计算而发展的，直到20世纪70年代，电子计算机在数字逻辑运算、推理、自动控制等方面显露出非凡的功能后，在各种控制领域开始对计算机技术发展提出了与传统大量高速计算完全不同的要求。这些要求是：面对控制对象、面对各种传感器信号、面对人机交互操作控制、能方便地嵌入工控应用系统中等。
为了实现上述要求，近年来，单片微型计算机(简称单片机)应运而生。单片机也被称做“微控制器”、“嵌入式微控制器”。单片机一词最初是源于"SingleChipMicrocomputer” ，简称SCM。在单片机诞生时，SCM是一个准确、流行的称谓，“单片机”一词准确地表达了这— 概念。随着SCM在技术上、体系结构上不断扩展其控制功能，单片机已不能用“单片微型计算机”来准确表达其内涵。国际上逐渐采用MCU (“MicroController Unit”) 来代替，形成了单片机界公认的、最终统一的名词。在国内因为“单片机”一词已约定俗成，故而继续沿用。单片计算机是将电子计算机的基本环节,如:CPU(又称中央处理器,主要由运算器,控制器组成),存储器,总线,输入输出接口等,采用集成电路技术集成在一片硅基片上.由于单片计算机体积很小(仅手指般大小),功能强(具有一个简单计算机的功能),因而广泛用于电子设备中作控制器之用.目前,大到导弹火箭国防尖端武器,小至电视机微波炉等现代家用电器,内中都毫无例外地运用单片计算机作为控制器.因此,从控制的观点,我们也常称它为单片微控制器. 单片机工作离不开软件,即固化在存储器中的已设计好的程序.所有带单片的电子设备,它的工作原理当然与具体设备有关.但它的最基本的原理是一样的，即：
1) 从输入接口接收来自外界的信息存入存储器.这些信息主要包括二部分:来自诸如温度压力等传感器的信息; 人工干预的一些手动信息,如开关按钮等操作。
2) 单片机中的CPU根椐程序对输入的数椐进行高速运算处理。
3) 将运算处理的结果通过输出接口送去控制执行机构，如继电器、电机、灯泡等。
当前这个过程不断重复着,即系统中的微电脑不断监视着各种信息,并及时作出不同的处理使系统正常运行。
从生产厂商来分，可分为如下种类：
AVR 单片机：
ATMEL 公司的AVR 单片机,是增强型RISC内载Flash的单片机,芯片上的Flash存储器附在用户的产品中,可随时编程,再编程,使用户的产品设计容易,更新换代方便.AVR 单片机采用增强的RISC结构,使其具有高速处理能力,在一个时钟周期内可执行复杂的指令,每MHz可实现1MIPS的处理能力.AVR 单片机工作电压为2.7~6.0V, 可以实现耗电最优化.AVR 的单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表,通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域.
Motorola单片机:
Motorola 是世界上最大的单片机厂商.从M6800开始,开发了广泛的品种,4位,8位,16位32位的单片机都能生产,其中典型的代表有:8位机M6805,M68HC05系列，8位增强型M68HC11,M68HC12 , 16 位机M68HC16, 32 位机M683XX. Motorola 单片机的特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低得多,因而使得高频噪声低,抗干扰能力强, 更适合于工控领域及恶劣的环境。MicroChip单片机：
MicroChip单片机的主要产品是PIC 16C系列和17C 系列8位单片机,CPU采用RISC结构, 分别仅有33,35,58条指令,采用Harvard双总线结构,运行速度快,低工作电压,低功耗,较大的输入输出直接驱动能力,价格低,一次性编程,小体积. 适用于用量大,档次低,价格敏感的产品. 在办公自动化设备,消费电子产品,电讯通信,智能仪器仪表,汽车电子,金融电子,工业控制不同领域都有广泛的应用,PIC系列单片机在世界单片机市场份额排名中逐年提高.发展非常迅速。
MDT20XX系列单片机：
工业级OTP单片机,Micon公司生产,与PIC单片机管脚完全一致,海尔集团的电冰箱控制器,TCL通信产品,长安奥拓铃木小轿车功率分配器就采用这种单片机EM78系列OTP型单片机：
台湾义隆电子股份有限公司,直接替代PIC16CXX,管脚兼容,软件可转换.
Scenix单片机：
Scenix公司推出的8位RISC结构SX系列单片机与Intel 的Pentium II等一起被《Electronic Industry Yearbook 1998 》评选为1998年世界十大处理器。在技术上有其独到之处：SX系列双时钟设置,指令运行速度可达50/75/100MIPS(每秒执行百万条指令,XXX M Instruction Per Second) ;具有虚拟外设功能,柔性化I/O端口,所有的I/O端口都可单独编程设定,公司提供各种I/O的库函数,用于实现各种I/O模块的功能,如多路UART，多路A/D，PWM， SPI，DTMF，FS，LCD驱动等等。采用EEPROM/ FLASH程序存储器，可以实现在线系统编程.通过计算机RS232C接口，采用专用串行电缆即可对目标系统进行在线实时仿真。
EPSON单片机:
EPSON单片机以低电压,低功耗和内置LCD驱动器特点著名于世,尤其是LCD驱动部分做得很好.广泛用于工业控制,医疗设备,家用电器,仪器仪表,通信设备和手持式消费类产品等领域.目前EPSON已推出四位单片机SMC62系列,SMC63系列,SMC60系列和八位单片机SMC88系列.
东芝单片机:
东芝单片机门类齐全,4位机在家电领域有很大市场,8位机主要有870系列,90系列,该类单片机允许使用慢模式,采用32K时钟时功耗降至10UA数量级.东芝的32位单片机采用MIPS 3000A RISC 的CPU结构,面向VCD,数字相机,图像处理等市场.
8051单片机：
8051单片机最早由Intel公司推出,其后,多家公司购买了8051的内核,使得以8051为内核的MCU系列单片机在世界上产量最大,应用也最广泛,有人推测8051可能最终形成事实上的标准MCU芯片。LG公司生产的GMS90系列单片机,与Intel MCS-51系列,Atmel 89C51/52,89C2051等单片机兼容,CMOS技术,高达40MHZ的时钟频率,应用于: 多功能电话,智能传感器,电度表,工业控制,防盗报警装置,各种计费器,各种IC卡装置,DVD,VCD,CD-ROM.
华邦单片机:
华邦公司的W77,W78系列8位单片机的脚位和指令集与8051兼容, 但每个指令周期只需要4个时钟周期,速度提高了三倍,工作频率最高可达 40MHz.同时增加了WatchDog Timer,6 组外部中断源,2组UART,2 组Data pointer 及Wait state control pin. W741 系列的4位单片机带液晶驱动,在线烧录,保密性高,低操作电压(1.2V~1.8V).
Zilog单片机:
Z8 单片机是Zilog公司的产品,采用多累加器结构,有较强的中断处理能力,开发工具价廉物美.Z8单片机以低价位面向低端应用.我想很多人都知道Z80单板机,直到90年代后期,很多大学的微机原理还是讲述Z80.
NS单片机:
COP8 单片机是NS(美国国家半导体公司)的产品,内部集成了16位A/D,这是不多见的,在看门狗多路及STOP 方式下单片机的唤醒方式上都有独到之处.此外,COP8的程序加密也做得比较好。
富士通单片机：
富士通8位低成本单片机：
MB89P935C，32 脚SDIP 封装，OTP 可加密，适用于空调、洗衣机、冰箱、电表、小家电等； MB89F202，32 脚SDIP，SSOP 封装，26 I/O，Flash 在线烧写，可加密，适用于空调、洗衣机、冰箱等； MB89P475，48 脚DIP，QFP 封装，OTP 可加密，适用于空调、洗衣机、冰箱、热水器，电表等； MB89P485，64 脚DIP，QFP 封装，OTP 可加密，适用于遥控器、空调、电表、水表、煤气表、热水器等；MB89F538，64 脚QFP 封装，52 I/O，RAM 2K，Flash ROM 48K，带I2C，高性价比，适用于对硬件资源较高的各种场合；MB89F499，100 脚QFP 封装，60K Flash，66 I/O, 适用于电表、水表、煤气表和汽车电子等要求高性价比的各种场合；MB89F497A, 80 脚QFP 封装，32K Dual Flash，62 I/O ，带I2C，是MB89F499 的简化增强版，适用于电表、水表、煤气表和汽车电子等要求高性价比的各种场合；
富士通16位主流单片机：
MB90F387，48 脚QFP 封装，1 路CAN，适用于电梯、汽车电子车身控制及工业控制等；
MB90F462，64 脚DIP，QFP 封装，Flash 可加密，两路交直流变频控制，超低成本，适用于变频空调、冰箱、洗衣机、通用变频及工业控制等；
MB90F497，64 脚QFP 封装，1 路CAN，可外扩总线，适用于电梯、汽车电子车身控制及工业控制等；
MB90F352，64 脚QFP 封装，1 路CAN，2 路LIN，128K flash ，可外扩总线，适用于电梯、汽车电子车身控制及工业控制等；
MB90F543，100 脚QFP 封装，Flash 可加密，2 路CAN，可外扩总线，适用于电梯、ABS、汽车电子、电力及工业控制等；
MB90F548，100 脚QFP 封装，Flash 可加密，1 路CAN，可外扩总线，低成本，适用于电梯、汽车电子车身控制、电力及工业控制等；
MB90F598，100 脚QFP 封装，Flash 可加密，1 路CAN，4 路步进马达控制，适用于汽车电子仪表及步进马达的工业控制等；
MB90F428，100 脚QFP 封装，液晶驱动，1 路CAN，4 路步进马达控制，适用于汽车电子仪表及步进马达的工业控制等；
MB90F443，100 脚QFP 封装，Flash 可加密，3 路CAN，可外扩总线，适用于汽车电子及工业控制等。
MB90F344，100 脚QFP封装，Flash可加密，3路CAN，可外扩总线，广泛适用于汽车电子及工业控制等。
MB90F867，100脚QFP封装，MB90340无CAN简化版，Flash可加密，可外扩总线，适用于工业控制等。
MB90F804，100 脚QFP封装，256K Flash，4X48LCD ，适用于三相多功能表及高可靠性低功耗的场合。
MB90330，MB90335系列，100/64脚QFP封装，内带USB Mini-Host 功能，支持12Mbps 的传输速率，广泛应用于PC周边设备和数字家电中。
富士通32位主推单片机(RISC结构)：
MB91101A，100 脚QFP封装，超低成本，可外扩总线，适用于POS机、银行税控打印机等；
MB91F362GA，208脚QFP封装，CAN总线，可外扩总线，适用于电力及工业控制等；
MB91F364GA，120脚LQFP封装，CAN总线，I2C等丰富通讯接口，支持低成本的在线仿真技术（Accemic MDE），广泛适用于要求高性能低成本的各种应用。
