單片機仿真器是指以調試單片機軟件為目的而專門設計制作的一套專用的硬件裝置。

單片機在體系結構上與PC機是完全相同的，也包括中央處理器，輸入輸出接口，存儲器等基本單元，因而與PC機等設備的軟件結構也是類似的。因而單片機在軟件開發的過程中也需要對軟件進行調試，觀察其中間結果，排除軟件中存在的問題。但是由于單片機的應用場合問題，其不具備標準的輸入輸出裝置，受存儲空間限制，也難以容納用于調試程序的專用軟件，因此要對單片機軟件進行調試，就必須使用單片機仿真器。單片機仿真器具有基本的輸入輸出裝置，具備支持程序調試的軟件，使得單片機開發人員可以通過單片機仿真器輸入和修改程序，觀察程序運行結果與中間值，同時對與單片機配套的硬件進行檢測與觀察，可以大大提高單片機的編程效率和效果。

最早的單片機仿真器是一套獨立裝置，具有專用的鍵盤和顯示器，用于輸入程序并顯示運行結果;隨著PC機的普及，新一代的仿真器大多數都是利用PC機作為標準的輸入輸出裝置，而仿真器本身成為微機和目標系統之間的接口而已，仿真方式也從最初的機器碼發展到匯編語言、C語言仿真，仿真環境也與PC機上的高級語言編程與調試環境非常類似了。

仿真機一般具有一個仿真頭，用于取代目標系統中的單片機，也就是用這個插頭模仿單片機，這也是單片機仿真器名稱的由來。

目前，隨著單片機的小型化，貼片化和具有ISP，IAP等功能的單片機的廣泛應用，傳統單片機仿真器的應用范圍也有所縮小。而軟件單片機仿真器（即單片機仿真程序）的應用逐漸廣泛，單片機仿真程序即在個人計算機上運行的特殊程序，可在一定程度上模擬單片機運行的硬件環境，并在該環境下運行單片機目標程序，并可對目標程序進行調試、斷點、觀察變量等操作，可大大提升單片機系統的調試效率。純軟件單片機仿真器往往與硬件設計程序集成在一起發布，使得開發者可以對單片機硬件與軟件進行同步開發。