按用途分類：

通用型：將可開發的資源（ROM、RAM、I/O、 EPROM）等全部提供給用戶。

專用型：其硬件及指令是按照某種特定用途而設計，例如錄音機機芯控制器、打印機控制器、電機控制器等。

按其基本操作處理的數據位數分類：

根據總線或數據暫存器的寬度，單片機又分為1位、4位、8位、16位、32位甚至64位單片機。

4位MCU大部份應用在計算器、車用儀表、車用防盜裝置、呼叫器、無線電話、CD播放器、LCD驅動控制器、LCD游戲機、兒童玩具、磅秤、充電器、胎壓計、溫濕度計、遙控器及傻瓜相機等；8位MCU大部份應用在電表、馬達控制器、電動玩具機、變頻式冷氣機、呼叫器、傳真機、來電辨識器（CallerID）、電話錄音機、CRT顯示器、鍵盤及USB等；8位、16位單片機主要用于一般的控制領域，一般不使用操作系統， 16位MCU大部份應用在行動電話、數字相機及攝錄放影機等；32位MCU大部份應用在Modem、GPS、PDA、HPC、STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN電話、激光打印機與彩色傳真機； 32位用于網絡操作、多媒體處理等復雜處理的場合，一般要使用嵌入式操作系統。

64位MCU大部份應用在高階工作站、多媒體互動系統、高級電視游樂器（如SEGA的Dreamcast及Nintendo的GameBoy）及高級終端機等。

8位MCU工作頻率在16~50MHz之間，強調簡單效能、低成本應用，在目前MCU市場總值仍有一定地位，而不少MCU業者也持續為8bit MCU開發頻率調節的節能設計，以因應綠色時代的產品開發需求。

16位MCU，則以16位運算、16/24位尋址能力及頻率在24~100MHz為主流規格，部分16bit MCU額外提供32位加/減/乘/除的特殊指令。由于32bit MCU出現并持續降價及8bit MCU簡單耐用又便宜的低價優勢下，夾在中間的16bit MCU市場不斷被擠壓，成為出貨比例中最低的產品。

32位MCU可說是MCU市場主流，單顆報價在1.5~4美元之間，工作頻率大多在100~350MHz之間，執行效能更佳，應用類型也相當多元。但32位MCU會因為操作數與內存長度的增加，相同功能的程序代碼長度較8/16bit MCU增加30~40%，這導致內嵌OTP/FlashROM內存容量不能太小，而芯片對外腳位數量暴增，進一步局限32bit MCU的成本縮減能力。

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