现代单片机主要是选用CMOS工艺制成的。
1、MOS管
MOS管又分为两种类型：N型和P型。如下图所示：
以N型管为例，2端为操控端，称为“栅极”;3端一般接地，称为“源极”;源极电压记作Vss，1端接正电压，称为“漏极”，漏极电压记作VDD。要使1端与3端导通，栅极2上要加高电平。
对P型管，栅极、源极、漏极分别为5端、4端、6端。要使4端与6端导通，栅极5要加低电平。
在CMOS工艺制成的逻辑器材或单片机中，N型管与P型管往往是成对出现的。一起出现的这两个CMOS管，任何时候，只需一只导通，另一只则不导通(即“截止”或“关断”)，所以称为“互补型CMOS管”。
2、CMOS逻辑电平
高速CMOS电路的电源电压VDD一般为+5V;Vss接地，是0V。
高电平视为逻辑“1”，电平值的规模为：VDD的65%～VDD(或许VDD-1.5V～VDD)
低电平视作逻辑“0”，要求不超越VDD的35%或0～1.5V。
+1.5V～+3.5V应看作不确定电平。在硬件规划中要防止出现不确定电平。
近年来，跟着亚微米技能的开展，单片机的电源呈下降趋势。
低电源电压有助于下降功耗。VDD为3.3V的CMOS器材已很多运用。在便携式运用中，VDD为2.7V，乃至1.8V的单片机也现已出现。将来电源电压还会持续下降，降到0.9V，但低于VDD的35%的电平视为逻辑“0”，高于VDD的65%的电平视为逻辑“1”的规则仍然是适用的。
3、非门
非门(反向器)是最简略的门电路，由一对CMOS管组成。其作业原理如下：
A端为高电平时，P型管截止，N型管导通，输出端C的电平与Vss保持共同，输出低电平;A端为低电平时，P型管导通，N型管截止，输出端C的电平与VDD共同，输出高电平。
4、与非门
与非门作业原理：
①、A、B输入均为低电平时，1、2管导通，3、4管截止，C端电压与VDD共同，输出高电平。
②、A输入高电平，B输入低电平时，1、3管导通，2、4管截止，C端电位与1管的漏极保持共同，输出高电平。
③、A输入低电平，B输入高电平时，情况与②相似，亦输出高电平。
④、A、B输入均为高电平时，1、2管截止，3、4管导通，C端电压与地共同，输出低电平。
5、或非门
或非门作业原理：
①、A、B输入均为低电平时，1、2管导通，3、4管截止，C端电压与VDD共同，输出高电平。
②、A输入高电平，B输入低电平时，1、4管导通，2、3管截止，C端输出低电平。
③、A输入低电平，B输入高电平时，情况与②相似，亦输出低电平。
④、A、B输入均为高电平时，1、2管截止，3、4管导通，C端电压与地共同，输出低电平。
注：将上述“与非”门、“或非”门逻辑符号的输出端的小圆圈去掉，就成了“与”门、“或”门的逻辑符号。而完成“与”、“或”功用的电路图则必须在输出端加上一个反向器，即加上一对CMOS管，因而，“与”门实际上比“与非”门杂乱，延迟时间也长些，这一点在电路规划中要注意。
6、三态门
三态门的作业原理：
当操控端C为“1”时，N型管3导通，一起，C端电平经过反向器后成为低电平，使P型管4导通，输入端A的电平情况能够经过3、4管抵达输出端B。
当操控端C为“0”时，3、4管都截止，输入端A的电平情况无法抵达输出端B，输出端B出现高电阻的状况，称为“高阻态”。
这个器材也称作“带操控端的传输门”。带有必定驱动才能的三态门也称作“缓冲器”，逻辑符号是相同的。
注：从CMOS等效电路或许真值表、逻辑表达式上都能够看出，把“0”和“1”换个方位，“与非”门就变成了“或非”门。关于“1”有用的信号是“与非”联系，关于“0”有用的信号是“或非”联系。
上述图中画的逻辑器材符号均是正逻辑下的输入、输出联系，即对“1”(高电平)有用而言。而单片机中的大都操控信号是依照负有用(低电平有用)界说的。例如片选信号CS(Chip Select)，指该信号为“0”时具有字符标明的含义，即该信号为“0”表明该芯片被选中。因而，“或非”门的逻辑符号也能够画成下图。
7、组合逻辑电路
“与非”门、“或非”门等逻辑电路的不同组合能够得到各种组合逻辑电路，如译码器、解码器、多路开关等。
组合逻辑电路的完成能够运用现成的集成电路，也能够运用可编程逻辑器材，如PAL、GAL等完成。
