嵌入式数控系统硬件体系结构如图1所示。
嵌入式数控系统必须包含一个可编程计算部件，也可以包含多个，构成多CPU系统。嵌入式处理器或控制器种类很多，比较常用的有ARM、嵌入式X86、MCU等，处理器是整个系统运算和控制中心，它的架构越来越趋向于采用RISC指令集Harvard架构。可编程计算部件，若干年前还是单指处理器或微控制器，而现在却增加了如FPGA等其它可编程计算资源。
图1嵌入式数控系统硬件体系结构
数控系统要和操作人员交互，必须有一个显示硬件，可以是CRT显示器，但是一般嵌入式处理器中集成LCD控制器，它提供与DSTN（Dual-Layer Super Twist Nematic，双扫描扭曲向列液晶屏）或TFT（Thin Film Transistor，薄膜晶体管液晶屏）显示器的接口，通过这个接口可以直接驱动液晶显示屏。
随着USB移动存储设备使用的推广，平台通过USB主控制器实现对USB设备的支持和控制。处理器中也可能集成了USB客户端控制器，方便实现USB客户端接口，一般通过这个接口进行上位机与平台间的应用软件调试。
串口用来实现上下位机通信，在有些伺服驱动装置中也提供串口连接，因此，也可以通过串口与驱动连接。
外部存储器总线接口支持各种外部存储器：SDRAM、RAM和闪存储器，内存一般选用SDRAM，闪存是一类非易失性存储器，在电源关闭后仍能保持片内信息，这里用来存储数控系统程序及配制数据。
进给轴接口是数控系统和进给伺服系统的桥梁。就现阶段经常使用的伺服控制系统而言，进给控制接口一般有串行式接口、脉冲式接口、模拟式接口等等。
主轴控制接口连接数控系统与主轴驱动单元，它包含两个部分：主轴速度控制输出和主轴编码器输入。
在数控系统内集成的PLC属于内置式，它有设计灵活、结构紧凑、针对性强等特点，主要完成主轴转速的S代码、刀具功能的T代码以及控制主轴正反转与启停、主轴换档、冷却液开关、卡盘松紧等M代码。
传感器接口用来检测机床位置信息，实现各种控制算法的计算输入。
现代制造工程的发展要求数控系统间应该能够通过网络互连，传递命令和数据信息，并行完成数控任务。因此加入以太网模块，以便在需要时实现数控系统的联网。
上述各功能模块通过标准总线连接，实行统一的总线接口规范。该体系结构中有些功能模块不是每一个嵌入式数控系统都必须的，可根据具体要求裁减。
