微控制器（MCU)由中央處理器（CPU），非易失性存儲器（ROM)，易失性存儲器（RAM），外圍設備和支持電路組成。

中央處理單元

CPU根據程序員編寫的指令序列執行算術運算，管理數據流并生成控制信號。設計人員看不到CPU功能所需的極其復雜的電路。實際上，由于集成了開發環境和高級語言（例如C語言），為微控制器編寫代碼通常是一項相當簡單的任務。

內存

非易失性存儲器用于存儲微控制器的程序，即（通常很長的）機器語言指令列表，這些指令告訴CPU確切的操作。通常，您會看到單詞“Flash”（這是指非易失性數據存儲的一種特定形式），而不是“非易失性存儲器”。

易失性存儲器（即RAM）用于臨時數據存儲。當微控制器掉電時，該數據將丟失。內部寄存器還提供臨時數據存儲，但是我們不將它們視為獨立的功能塊，因為它們已集成到CPU中。

外圍設備

我們使用“外圍設備”一詞來描述幫助微控制器與外部系統交互的硬件模塊。以下要點指出了各種外圍設備并提供了示例。

上圖顯示了一單片機上將ADC將其數字化的三軸加速度計數據。

數據轉換器：模數轉換器，數模轉換器，參考電壓發生器。
時鐘生成：內部振蕩器，晶體驅動電路，鎖相環。
時間：通用定時器，實時時鐘，外部事件計數器，帶調制脈沖。
模擬信號處理：運算放大器，模擬比較器。
輸入/輸出：通用數字輸入和輸出電路，并行存儲器接口。
串行通信：UART，SPI，I2C，USB。

支持電路

微控制器包含各種不能歸類為外圍設備的功能塊，因為它們的主要目的不是控制，監視或與外部組件通信。但是，它們非常重要-它們支持設備的內部操作，簡化了實現并改善了開發過程。

調試電路使設計人員可以在執行指令時仔細監視微控制器。這是跟蹤錯誤并優化固件性能的重要方法，有時是必不可少的。

中斷是微控制器功能中非常有價值的功能。中斷是由基于外部或內部基于硬件的事件生成的，它們使處理器通過執行一組特定的指令來立即響應這些事件。

用C語言編寫的單片機程序，中斷導致程序執行“引導”到中斷服務程序（ISR），ISR完成其任務后，處理器將返回中斷發生時正在執行的功能。

如果時鐘生成模塊旨在產生在芯片外部使用的信號，則可以將其視為外圍設備，但是在許多情況下，微控制器內部振蕩器的主要目的是為CPU和外圍設備提供時鐘信號。內部振蕩器通常具有較低的精度，但是在可以容忍這種低精度的應用中，它們是簡化設計并節省電路板空間的便捷有效方式。

微控制器可以結合各種類型的電源電路。集成穩壓器允許在芯片上生成所需的電源電壓，電源管理模塊可用于在非活動狀態下顯著降低設備的電流消耗，而管理模塊可在電源電壓不處于正常狀態時將處理器置于穩定的復位狀態足夠高以確保可靠的操作。