在单微处理器结构中，只有一个微处理器，对存储、插补运算、输人输出控制、CRT显示等功能进行集中控制和分时处理。一个微处理器通过总线与存储器、输入输出（Ｉ／O）接口及其它接口相连，构成整个CNC系统，其结构框图如图1所示。早期的CNC系统和当前的一些经济型CNC系统都采用单微处理器结构。
图1 单微处理器结构框图
1．微处理器
微处理器是CNC装置的中央处理单元，它能实现数控系统的数字运算和管理控制，由运算器和控制器两部分组成。运算器对数据进行算术运算和逻辑运算。在运算过程中，运算器不断地从存储器中读取数据，并将运算结果送回存储器保存起来。通过对运算结果的判断，设置寄存器的相应状态（进位、奇偶和溢出等）。控制器则从存储器中依次取出程序指令，经过译码后向数控系统的各部分按顺序发出执行操作的控制信号，以执行指令。控制器是数控系统的中央机构，它一方面向各个部件发出执行任务的指令；另一方面接收执行部件发回的反馈信息。控制器根据程序中的指令信息和反馈信息，决定下一步的指令操作。
目前CNC装置中常用的有8位、16位、32位和64位的微处理器，可以根据机床实时控制和处理速度的要求，按字长、数据宽度、寻址能力、运算速度及计算机技术发展的最新成果选用适当的微处理器。如日本的FANUC-15／16 CNC系统选用Motorola公司的32位微处理器68020作为其控制CPU。
2．总线
在单微处理器的CNC系统中常采用总线结构。总线一般可分为数据总线、地址总线、和控制总线三组。数据总线为各部分之间传送数据，数据总线的位数和传送的数据宽度相等，采用双方向线。地址总线传送的是地址信号，与数据总线结合使用，以确定数据总线上传输的数据来源或目的地，采用单方向线。控制总线传输的是一些控制信号，如数据传输的读写控制、中断复位及各种确认信号，采用单方向线。
3．存储器
CNC装置的存储器包括只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）两类。ROM一般采用可擦除的只读存储器（EPROM），存储器的内容由CNC装置的生产厂家固化写入，即使断电，EPROM中信息也不会丢失。若要改变EPROM中的内容，必须用紫外线抹除之后重新写入。RAM中的信息可以随时被CPU读或写，但断电后，信息也随之消失。如果需要断电后保留信息，一般需采用后备电池。
4．输入/输出（I／O）接口
CNC装置和机床之间的信号传输是通过输入（Input）和输出（Output）接口电路来完成。信号经接口电路送至系统寄存器的某一位，CPU定时读取寄存器状态，经数据滤波后作相应处理。同时CPU定时向输出接口送出相应的控制信号。I/O接口电路可以起到电气隔离的作用，防止干扰信号引起误动作。一般在接口电路中采用光电耦合器或继电器将CNC装置和机床之间的信号在电气上加以隔离。
5．位置控制器
CNC装置中的位置控制器主要是对数控机床的进给运动的坐标轴位置进行控制。坐标轴控制是数控机床上要求最高的位置控制，不仅对单个轴的运动和位置的精度有严格要求，在多轴联动时，还要求各移动轴有很好的动态配合。对于主轴的控制，要求在很宽的范围内速度连续可调，并且每一种速度下均能提供足够的切削所需的功率和扭矩。在某些高性能的CNC机床上还要求能实现主轴的定向准停，也就是主轴在某一给定角度位置停止转动。
6．MDI／CRT接口
MDI接口是通过操作面板上的键盘，手动输入数据的接口。CRT接口是在CNC软件配合下，将字符和图形显示在显示器上。显示器一般是阴极射线管（CRT），也可以是平板式液晶显示器（LCD）。
7．可编程序控制器（PLC）
可编程序控制器用来代替传统机床强电的继电器逻辑控制，实现各种开关量（S、M、T）的控制。如主轴正转、反转及停止，刀具交换，工件的夹紧及松开，切削液的开、关以及润滑系统的运行等，同时还包括主轴驱动以及机床报警处理等。
8．通信接口
通信接口用来与外部设备进行信息传输，如与上位计算机或直接数字控制器DNC等进行数字通信，一般采用RS232C串口。
单微处理器结构由于CPU通过总线与各个控制单元相连，完成信息交换，结构比较简单，但是由于只用一个微处理器来集中控制，CNC的功能受到微处理器字长、寻址功能和运算速度等因素的限制。
