单片机（Single-Chip Microcomputer，SCM）是将CPU、存储器、定时器/计数器、I/O接口等模块集成于单芯片的微型计算机，具备体积小、功耗低、成本低、可靠性高的优势，是嵌入式系统的控制单元，广泛应用于工业控制、智能家电、物联网终端、医疗设备等领域。随着半导体技术发展，单片机已从8位架构逐步向16位、32位升级，集成AI加速、无线通信等功能的高性能型号不断涌现。
　　一、架构与分类
　　按CPU位数可分为三类架构，适配差异化需求：① 8位单片机：入门级主流，寻址空间≤64KB，成本极低、编程简单，代表型号有Intel 8051、STC89C52、PIC16F877A，适配LED灯控、低速数据采集等简单场景；② 16位单片机：性能介于8位与32位之间，寻址空间可达1MB，具备较强运算能力，部分集成DSP指令，代表型号TI MSP430、Microchip dsPIC，适配高精度工业控制、医疗设备等场景；③ 32位单片机：中高端架构，多采用ARM Cortex-M系列或RISC-V架构，寻址空间可达4GB，运算速度快，支持FreeRTOS等复杂操作系统，代表型号STM32系列、ESP32系列，适配物联网终端、工业机器人等复杂场景。按指令集可分为CISC（复杂指令集，8位机主流）与RISC（精简指令集，32位机主流）两类。
　　二、主流型号与特性
　　不同品牌单片机性能差异显著，主流型号适配场景如下：① 8位机：STC89C52（5V供电，成本＜5元，适合入门）、PIC16F877A（低功耗、抗干扰强，适配工业控制）；② 32位ARM机：STM32F103（入门级，成本10-20元，适合物联网入门）、STM32F407（高性能，带浮点运算，适配复杂工业控制）、ESP32-WROOM-32（集成WiFi+蓝牙，适合无线终端）；③ RISC-V机：GD32VF103（国产替代，兼容STM32引脚）、ESP32-C3（低功耗，适配物联网低功耗场景）。
　　三、选型与开发要点
　　选型原则为“场景需求+性能匹配+成本控制”：① 性能适配：简单控制选8位机，复杂算法或高速处理选32位机；按程序大小与数据量匹配存储容量，按外接设备选择接口类型；② 环境适配：工业场景选宽温（-40℃~85℃）工业级型号，电池供电场景选低功耗型号；③ 成本与生态：经济型选8位机或国产32位机，优先选择资料丰富、社区活跃的型号（如STM32）降低开发难度。
　　开发实践需关注：① 环境搭建：8位机用Keil C51，32位机用Keil MDK-ARM或STM32CubeIDE，调试工具可选J-Link、ST-Link；② 步骤：完成系统时钟、GPIO、外设接口的初始化配置，编写主程序逻辑与中断服务函数，低功耗场景需关闭冗余外设时钟；③ 硬件设计：注重电源滤波、复位电路可靠性，数字地与模拟地分开布线减少干扰。
　　四、常见故障排查
　　故障集中在三类：① 硬件连接：程序无法需检查仿真器连接与供电，外设无响应需核对GPIO配置与接线；② 程序逻辑：程序卡死多为死循环或中断错误，可通过串口打印定位，定时不准确需校准系统时钟；③ 电源与环境：供电不稳定需增加滤波电容，电磁干扰需优化接地与屏蔽，低功耗续航不足需优化休眠配置。
　　综上，单片机选型需精准匹配场景，开发注重软硬件协同优化。随着32位机成本降低与RISC-V架构普及，单片机将向更高性能、更低功耗方向发展，掌握其技术是嵌入式开发的基础能力。